Consultați articolele și conținutul publicat în acest mediu, precum și rezumatele electronice ale revistelor științifice la momentul publicării

Fiți informat în permanență datorită alertelor și știrilor

Accesați promoții exclusive la abonamente, lansări și cursuri acreditate

Urmareste-ne pe:

proprietăți

Paclitaxelul este unul dintre cei mai promițători agenți antitumorali dezvoltați în ultimele decenii. Au trecut recent 30 de ani de la descoperirea modului de acțiune al acestui medicament, obținut dintr-un extract de plantă și 15 de la aprobarea utilizării acestuia pentru tratamentul cancerului de sân. Această lucrare amintește procesul care ne-a făcut posibil să avem astăzi această opțiune terapeutică valoroasă.

Imagine a tiseului prezent în grădinile clădirii istorice a Universității din Barcelona.

Paclitaxel este un agent antitumoral care este utilizat pentru a trata unele tipuri de cancer datorită capacității sale de a inhiba creșterea celulelor tumorale. Identificată inițial și extrasă din scoarța tisa (Taxus brevifolia), utilizarea sa este recomandată în prezent în tratamentul cancerului de sân (Tabelul 1) și în combinație cu alți compuși (cisplatină), constituie chimioterapia de primă linie pentru cancerul ovarian tratament.

Descoperirea paclitaxelului este un exemplu foarte ilustrativ al modului în care cunoștințele dobândite de-a lungul secolelor în medicina tradițională și în studiul produselor naturale pot fi aplicate de industria farmaceutică și de comunitatea științifică pentru dezvoltarea de noi medicamente și constituie un alt eșantion al importanței pe care conservarea biodiversității planetei noastre o poate avea în viitor.

Paclitaxel a fost izolat ca urmare a unui program public de identificare a noilor compuși antitumorali dezvoltat în Statele Unite la sfârșitul anilor 1960 și începutul anilor 1970. În cadrul acestui program, mii de plante din diferite părți ale lumii au fost prelevate și selectate pe baza activității lor. Printre acestea s-au numărat probe de scoarță din țesutul Pacificului (Taxus brevifolia) care crește pe coasta de vest a Statelor Unite și Canada. Aceste probe au prezentat o activitate citotoxică și antileucemică puternică.

La analiza principiului activ al extractului, a fost identificat paclitaxel. Privit cu perspectiva timpului, nu este surprinzător faptul că molecule interesante din punct de vedere farmacologic au fost obținute din țesut. Nimeni nu ar fi putut prevedea atunci că se va obține exact paclitaxel, dar când caracteristicile și istoria arborelui european (Taxus baccata) sunt descrise în paragrafele următoare, descoperirea nu va părea atât de surprinzătoare.

CARACTERISTICI BOTANICE ALE TUDULUI

Tisa este un copac care poate crește până la o dimensiune mare, o înălțime de până la 20 m și un trunchi de până la 1,5 m în diametru (a se vedea imaginea de deschidere a acestui articol). Pe lângă dimensiunea sa, teiul se remarcă deoarece are o viață foarte lungă: unele exemplare au depășit 1.500 de ani de viață și sunt considerați cei mai vechi copaci din Europa. Frunzele de tisă sunt veșnic verzi, între 10 și 30 mm lungime și dispuse în două rânduri opuse, verde închis pe partea superioară și gălbuie pe partea inferioară. Fructul său este cărnos și strălucitor și roșu aprins.

O altă particularitate interesantă a tisa este că atât frunzele, ramurile, cât și lemnul conțin alcaloizi foarte toxici, numiți colectiv taxine, care acționează asupra sistemului nervos central, paralizându-l. De fapt, totul din tisa este otrăvitor, cu excepția plicului roșu care înconjoară fructul. Ingerarea tisului cauzează inițial accelerarea bătăilor inimii și apoi devine mai lentă și mai neregulată până când în cele din urmă apare moartea din paralizia respiratorie.

Toxicitatea tisului și longevitatea sa extraordinară, care îl face să pară nemuritor, l-au făcut, din timpuri imemoriale, să fie considerat un copac sacru. Astfel, popoarele celtice l-au venerat, iar preoții săi, druizii, l-au folosit în ritualurile lor. Alte popoare ale Peninsulei Iberice, precum anticii cantabrieni și asturieni, precum și unii dintre coloniștii din Galia, au folosit-o ca otravă atunci când au fost capturați de dușmanii lor. Unul dintre cele mai bine documentate cazuri este cel descris de Iulius Cezar în tratatul său despre războiul galic (Cartea a IV-a), în care povestește modul în care „Catocoluus, șeful Eburonilor, s-a sinucis luând extract din tisa”. Astăzi știm că eburonii erau un trib de descendență germanică care locuia nordul Galiei, între Meuse și Rin.

Apariția creștinismului nu a schimbat aura mistică asociată cu tisa. Creștinii, adaptând unele dintre tradițiile păgâne, au construit biserici și cimitire alături de tisi în locuri care fuseseră deja sacre pentru celți. Tisa a fost plantată pentru frunzișul său veșnic verde și longevitate, ca simbol al vieții veșnice. Timp de secole s-a obișnuit, de asemenea, să-l plantați atunci când construiți monumente mari, astfel încât să reziste și să fie un martor al istoriei sale.

Lemnul de țesut are o culoare roșiatică și o duritate extraordinară, ceea ce îl face foarte potrivit pentru dulgherie și sculptură. Cu toate acestea, deficitul de bucăți de grosime suficientă, datorită creșterii lente a copacului, limitează utilizarea acestuia în aceste scopuri. Duritatea sa, împreună cu rezistența la frecare, au însemnat că, timp de secole, lemnul de țesut a fost, de asemenea, utilizat pe scară largă pentru a produce osii de cărucioare. În plus, în Evul Mediu a fost utilizat pe scară largă pentru realizarea arcurilor și arbaletelor, datorită rezistenței și flexibilității sale. Legenda spune că arbaleta lui William Tell a fost făcută din acest lemn. A fost o perioadă în care pădurile de tisu aveau o importanță strategică enormă. A avea numeroase țesături însemna că furnizarea de arme în timpul războiului era garantată.

PROCESUL CARE A FACUT DISPONIBIL PACLITAXELUL CA AGENT CHIMIOTERAPEUTIC ESTE UN EXEMPLU FOARTE ILUSTRATIV DE CUM CUNOAȘTEREA ACVISTATĂ ÎN TIMPUL SECOLULUI POT FI APLICATĂ LA DEZVOLTAREA NOILOR DROGURI

Importanța acestui copac de-a lungul istoriei s-a reflectat și în geografie. Fără a merge mai departe, există numeroase nume de locuri pentru orașele spaniole care derivă din tisa, cum ar fi Teixeiro, Teixido sau El Tejo. Aceste orașe își datorează numele și sunt o reflectare a importanței pe care acest copac a avut-o în trecut.

În ceea ce privește proprietățile lor de vindecare, acestea sunt cunoscute de milenii. Împăratul roman Claudius a publicat un edict în care arăta spre tisa drept cel mai bun antidot pentru mușcăturile de șarpe. De-a lungul istoriei a fost de asemenea folosit ca un avort. Cu toate acestea, de-a lungul timpului, utilitatea medicinală a teiului a căzut în desuetudine până la descoperirea paclitaxelului la începutul anilor 1970.

STRUCTURA PACLITAXELULUI

Paclitaxelul are o structură chimică foarte complexă în care iese în evidență un schelet hidrocarbonat format din trei cicluri de 6, 8 și 6 atomi de carbon (fig. 1, în galben), polisubstituit cu patru funcții de metil și opt oxigen (printre acestea, unul dintre b- fenilizozerină care esterifică poziția C-13). Molecula are în total unsprezece stereocentri.

Fig. 1. Structura paclitaxelului

Determinarea structurii sale în 1971 din analiza difracției cu raze X a fost o provocare pentru oamenii de știință ai vremii; așa cum a fost și mai târziu sinteza sa totală publicată în 1994.

MECANISM DE ACȚIUNE

Paclitaxel, datorită activității sale biologice, este clasificat în grupul așa-numitelor medicamente antimitotice. Pentru a înțelege mai bine modul său de acțiune, trebuie amintit că, dacă nu se duplică, celulele se află într-o stare de repaus, numită și faza G0. Dimpotrivă, celulele proliferante urmează un ciclu, numit ciclul celular, care constă din două etape: mitoza, numită și faza M sau de divizare, și interfaza, care la rândul său include fazele G1, S și G2. La interfață, creșterea celulară are loc cu sinteza proteinelor și acizilor nucleici necesară, astfel încât, în timpul fazei M, celula să se poată împărți în două celule fiice.

Interfața constă din faza G1 sau faza de creștere (în care sunt sintetizate ARN și proteine), faza S sau faza de sinteză a ADN-ului și faza G2 sau a doua fază de creștere (în care sunt sintetizate mai multe ARN și proteine). În faza M sau mitoză, are loc diviziunea celulară și constă din patru etape: profază, metafază, anafază și telofază.

O oprire sau blocare a ciclului celular poate inhiba proliferarea celulară și, prin urmare, întrerupe creșterea celulelor nedorite, de exemplu celulele canceroase. Arestarea ciclului poate fi efectuată la interfață sau în mitoză, deși majoritatea compușilor antitumorali, inclusiv paclitaxelul, acționează asupra mitozei, adică sunt compuși antimitotici.

În timpul profazei, membrana nucleară și nucleolul dispar și un anumit număr de cromozomi alcătuiți din 2 cromatide unite printr-o constricție numită centromer devin evidente. Fiecare cromatidă este un fir lung de ADN. În timpul metafazei, fusul devine vizibil acolo unde, prin centromer, sunt inserate cromozomii care se deplasează până când sunt localizați la ecuatorul fusului. În timpul anafazei, centromerul se împarte și fiecare cromozom se separă în cele două cromatide ale sale. Centromerii avansează de-a lungul fibrelor fusului în direcții opuse, fiecare trăgând o cromatidă. În cele din urmă, în timpul telofazei, cromatidele sunt decondensate, membrana nucleară din jurul fiecărui set de cromozomi este reconstituită și are loc divizarea citoplasmei. Pentru a înțelege efectul paclitaxelului, este important să știm cum se formează și se degradează fusul mitotic, deoarece această structură celulară are o mare importanță în timpul proliferării celulare. Dacă nu este posibil să se formeze fusul, celulele nu se vor putea duplica, prevenind astfel proliferarea lor.

Fusul mitotic este format din microtubuli, care sunt tuburi formate dintr-o combinație de 2 tipuri de proteine: a-tubulină și b-tubulină (Fig. 2). Aceste proteine ​​formează heterodimeri ab, capabili să se grupeze în polimeri (microtubuli) în prezența altor proteine ​​numite MAP (proteine ​​asociate microtubulilor), GTP și Mg 2+. Microtubulii au două capete. Într-una dintre ele, identificată cu un semn matematic (-), este locul unde începe nucleația, iar în cealaltă (+) crește microtubulul. Odată ce creșterea microtubulilor a început, aceasta capătă un aspect cilindric, de aproximativ 25 nm în diametru, cu 13 protofilamente care formează cercul microtubulului.

Fig. 2. Mecanismul polimerizării microtubulilor. Partea inferioară a diagramei arată modificarea microtubulilor în prezența paclitaxelului.

Microtubulii sunt structuri dinamice, ceea ce înseamnă că pot fi prelungite prin adăugarea mai multor heterodimeri (tubulină-GTP) la capătul (+); dar pot fi și scurtate (dacă GTP este hidrolizat) și heterodimeri (tubulin-PIB) pot fi eliberați de la capătul (-). În timpul interfazei, microtubulii formează o rețea din centru pe tot parcursul citoplasmei, dar pe măsură ce începe mitoza, microtubulii se dezintegrează pentru a forma fusul mitotic. În acest moment, microfilamentele se află într-o stare neobișnuită de asamblare și demontare rapidă, ceea ce explică sensibilitatea extremă a fusului la diferiți compuși care se leagă de tubulină.

DESCOPERIREA PACLITAXELUL ESTE ALT EXEMPLU AL IMPORTANȚEI CONSERVĂRII BIODIVERSITĂȚII PLANETEI NOASTRE, DE vreme ce speciile pe cale de dispariție pot găsi cheia dezvoltării periculoaselor FÁRMACOS FÁRMACOS de care avem nevoie.

Medicamentele anticancerigene responsabile de afectarea dinamicii microtubulilor sau legarea de tubulină sunt numite medicamente antimitotice, deoarece acestea modifică buna funcționare a fusului mitotic. Dintre aceste antimitotice, se remarcă medicamentele responsabile de inhibarea asamblării microtubulilor (familiile de colchicină și vinblastină) și cele responsabile de promovarea legării și stabilizării microtubulului (familia paclitaxel).

Colchicina, un alcaloid care este extras din șofranul sălbatic, se leagă de heterodimer și previne polimerizarea acestuia, deci nu este posibil să se formeze fusul mitotic. Modul de acțiune al paclitaxelului previne, de asemenea, formarea fusului mitotic, dar, în acest caz, provoacă formarea unui polimer prea lung. Paclitaxelul se leagă de b-tubulină, favorizând astfel formarea de polimeri lungi, chiar și în prezența PIB, care nu poate fi scurtat. Microtubulul stabilizat cu paclitaxel are 12 protofilamente (în locul celor 13 protofilamente normale) și un diametru mai mic decât cel normal (22 nm). Stabilizarea microtubulilor determină pierderea funcției axului, oprirea consecventă a ciclului celular în tranziția metafazică/anafazică și, în cele din urmă, moartea celulară.

Paclitaxelul este un compus izoprenoid. Izoprenoizii sunt o familie complexă de compuși (peste 35.000 identificați până acum) care prezintă o mare varietate de structuri și funcții. Cu toate acestea, în ciuda diversității lor mari, toți izoprenoizii provin din doi precursori structurali comuni ai a cinci atomi de carbon, izopentenil difosfatul și izomerul acestuia, dimetilalldifosfatul (Fig. 3).

Fig. 3. Schema simplificată a biosintezei paclitaxelului din izopentenil difosfat și dimetildifosfat. Paclitaxelul este sintetizat din GGPP, format în cloroplaste prin calea metabolică a fosfatului de metileritritol (MEP).

Scheletul central al moleculei de paclitaxel este un inel taxopren izoprenoid derivat din difosfatul de geranilgeranil (GGPP), precursorul comun al izoprenoizilor cu 20 de carbon (diterpeni), incluzând compuși precum carotenoizii. creșterea și dezvoltarea plantelor.

Primul pas specific în biosinteza paclitaxelului este ciclizarea GGPP în taxoni-4 (5), 11 (12) -dienă, o reacție catalizată de enzima taxadienă sintază. Ulterior, scheletul taxanului este modificat oxidativ într-un proces care are loc în aproximativ zece etape pentru a da naștere la baccatina III. În ultimele etape ale căii de sinteză a paclitaxelului, are loc legarea lanțului lateral N-benzoil-3-fenilizozerină.

În ciuda interesului său ca agent chimioterapeutic, utilizarea paclitaxelului a fost restricționată ca o consecință a limitărilor de disponibilitate derivate din dificultățile de obținere a acestuia. Acestea includ concentrația sa scăzută în coaja de tisă (0,007% din greutatea uscată) și costul ridicat al procesului de extracție. Astfel, este necesar să se proceseze aproximativ 750 de copaci pentru a obține 1 kg de paclitaxel. În plus, așa cum sa indicat deja, tisa este un copac cu creștere foarte lentă, care durează aproximativ 70 de ani pentru a atinge 7-9 m înălțime și 25 cm în diametru necesari pentru exploatarea corectă a scoarței. La aceasta trebuie adăugat că tăierea nediscriminată a tisa ar putea provoca dispariția rapidă a speciei, în același timp că ar compromite sursa naturală de paclitaxel în sine. Lipsa și dificultățile în extragerea paclitaxelului din sursa sa naturală au ca rezultat ca compusul să aibă un preț foarte ridicat și a condus la căutarea unor surse alternative pentru obținerea acestuia.

Una dintre ele este sinteza chimică, deși este complexă, laborioasă și nu este profitabilă din punct de vedere comercial din cauza costurilor ridicate ale procesului. În prezent, o alternativă pentru obținerea paclitaxelului și a compușilor analogi este semisinteza de la intermediarii căii de biosinteză, cum ar fi baccatin III și 10-deacetyl-baccatin III, mult mai accesibilă deoarece sunt prezente în diferitele specii de Taxus o în țesuturi regenerabile, cum ar fi frunzele sau fructe și a căror colectare nu necesită ani de cultivare sau compromite viabilitatea lor. În acest tip de sinteză enantioselectivă, s-au obținut randamente de până la 75%.

Se caută, de asemenea, analogi structurali ai paclitaxelului, care ar putea avea efecte similare asupra microtubulilor și care ar putea îmbunătăți proprietățile farmacologice ale paclitaxelului. Dintre acestea, se evidențiază docetaxel (Fig. 4).