Becsaphatjuk-e a tumoros sejteket? A kemoterápia új lehetőségei a rák gyógyításában

Átírás

1 Becsaphatjuk-e a tumoros sejteket? A kemoterápia új lehetőségei a rák gyógyításában Mező Gábor ELTE-MTA Peptidkémiai Kutatócsoport ALKÍMIA MA

2 Miért foglalkozunk a daganatos megbetegedésekkel? A daganatos betegségekben meghaltak 40 százaléka 65 év alatti Magyarországon; Az elmúlt harminc évben közel 30 százalékkal nőtt, miközben az Unió országaiban folyamatosan csökkent; Míg Magyarország az 1970-es években az Európai országok közül a hetedik helyen állt, addig az ezredfordulóra az első helyre került e betegségcsoport tekintetében.

3 Az USA-ban előfordul forduló rákos megbetegedések száma (2010-es becsült adat) Férfi ő Prosztata 28% Tüdő, légúti 15% Vastagbél, végbél 9% Hugyhólyag 7% Bőr melanóma 5% on-hodgkin limfóma 4% Vese, mellékvese 4% Szájüreg 3% Leukémia 3% Hasnyálmirigy 3% Összes többi 19% 28% Emlő 14% Tüdő, légúti 10% Vastagbél, végbél 6% Méhnyak 5% Pajzsmirigy 4% on-hodgkin limfóma 4% Bőr melanóma 3% Vese, mellékvese 3% Petefészek 3% Hasnyálmirigy 20% Összes többi

4 Az USA-ban előfordul forduló rákos megbetegedések okozta haláloz lozások száma (2010-es becsült adat) Férfi ő Tüdő, légúti 29% Prosztata 11% Vastagbél, végbél 9% Hasnyálmirigy 6% Máj, epe 4% Leukémia 4% yelőcső 4% on-hodgkin limfóma 4% Hugyhólyag 3% Vese, mellékvese 3% Összes többi 23% 26% Tüdő, léguti 15% Emlő 9% Vastagbél, végbél 7% Hasnyálmirigy 5% Petefészek 4% on-hodgkin limfóma 3% Leukémia 3% Méhnyak 2% Máj, epe 2% Agy 24% Összes többi

5 Mi a rák? r A megbetegedéseknek egy komplex csoportja, amelyre a következők jellemzők: kontrollálatlan sejtszaporodás a szomszédos sejtek megtámadása metasztázis: a test más részeire is átterjedhet Ł megtámadhatja a test bármely részét Ł bármely életkorban előfordul, de az életkor előrehaladtával a rizikó növekszik ormál sejt Rák: a genetikai anyagban történő abnormális változás okozza Első mutáció A sejt még normálisnak tűnik, de hajlamossá válik fokozott osztódásra 2. mutáció A sejt gyors osztódással szaporodik, de még mindig normálisnak tűnik 3. mutáció Rákos sejt Sejt proliferáció egyre gyorsabb, strukturális változások 4.+ mutáció Kontrollálatlan sejtszaporodás jelentős morfológiai változások

6 A rák r k kialakulása - sejtszinten normális sejt abnormális sejt abnormális sejt sokszorozódása rosszindulatú rákos, invazív sejt Egészséges sejtek nyirokhálózat vérerek elsődleges tumor lokális invázió angiogenezis: tumornövekedéshez saját érhálózat kell nyirokhálózat vérerek metasztázis: a rákos sejtek elvándorolnak a test más tájaira a véráram vagy a nyirokhálozaton keresztül Rákos sejtek

7 Mi okozza a rákotr kot? Rizikófaktorok faktorok... Kémiai anyagok azbeszt dohány benzol Sugárzás radioaktiv izotópok UV sugárzás 5 10% Öröklődés Hormonok Fertőzések (vírusok) Humán Papillomavírus Hepatitis B and C virusok Herpesz vírusok Epstein-Barr vírus HIV (baktériumok) Helicobacter pylori Mozgáshiány Stressz Étrend és elhízás alkohol zsír vörös hús

8 A rák r k megelőzése - életmód dohányzás mellőzése rendszeres mozgás egészséges étrend (több gyümölcs és zöldség, kevesebb zsír, kevesebb vörös és tartósított hús) UV sugárzás kerülése (intenzív napozás, szolárium)

9 A rák r k megelőzés - vakcináci ció Hepatitis B vakcina Hepatitis B növeli a májrák kialakulásának a veszélyét. Ma már a hepatitis B vakcinát rutinszerűen adják fiataloknak, bizonyos országokban a csecsemőknek is. Humán papillomavírus vakcina HPV szexuális úton terjedő fertőzés, amely pl. méhnyakrákhoz vezethet. HPV vakcina rendelkezésre áll mind nőknek, mind férfiaknak. virus-like particle (vírus-szerű részecske) üres vírus Immunválasz kiváltására képes, fertőzés veszélye nélkül Gardasil (Merck; 2006-ban jóváhagyva): HPV-6, 11, 16, 18 Cervarix (GlaxoSmithKline; 2007-ben jóváhagyva): HPV-16, 18

10 A rák r k megelőzése - rákszűrés mammográfia életet menthet tüdőszűrés nem csak TBC-re fogászati ellenőrzés nem a lyukas fog a legnagyobb probléma dermatoszkópos bőr rákszűrés

11 A rák r k terápi piás s kezelései Sebészeti beavatkozás: Jól hozzáférhető, jól körülhatárolt tumorokra em alkalmas: hematológiai tumorokra (leukémia) metasztázisok kezelésére Sugárkezelés (radioterápia): szilárd tumorok leukémia esetén is

12 Kemoterápia cisplatin doxorubicin vinblasztin 5-fluoruracil metotrexát kamptotecin H taxol

13 A tumorellenes hatású citosztatikumok hatásmechanizmusa (példák) Kamptotecin kötődik a DS-hez (citozin) és a topoizomeráz-i enzimhez, ezáltal gátolja a DS lánc szétcsavarodását és a replikációt. Cisplatin kovalens kötéssel összekapcsol két guanin bázist Doxorubicin interkallálódik a DS szálak közé (CG),így megakadályozza a replikációt.

14 A kemoterápia mellékhat khatásai Kemoterápiás szerek: Ł a gyorsan osztódó sejtekre hatnak (rákos sejtek) Ł de hatnak a normális körülmények között gyorsan osztódó sejtekre is és károsítjék azokat pl. csontvelő (vérképző szerv) sejtjei, emésztőszervek hajhagymákat tartalmazó tüsző A kemoterápia legáltalánosabb mellékhatásai: - mieloszuppresszió (vérsejtek képződésének csökkenése) - immunszuppresszió (érzékenység fertőző betegségekre) - mukozitisz(bél és emésztő rendszer gyulladása, hányás) - alopecia (foltos hajhullás) Egyedi toxikus hatások: kardiotoxicitás, veseelégtelenség, ödémásodás, májfunkció zavarai, terratogén (magzat károsító) hatás

15 Becsaphatjuk-e e a tumoros sejteket? Fordítsuk a rákos sejt sajátságait önmaga ellen! éhány különbség az egészséges és rákos sejtek, szövetek között: Sejtfelszíni (pl. tumorspecifikus vagy túltermelődött receptor) egészséges sejt rákos sejt Sejtbeni (pl. enzimek, egyéb fehérjék eltérő mennyiségben, minőségben) katepszin B mátrix metallopeptidáz 9 (MMP9) Lokalizálható szilárd tumorok (pl. újonnan kialakult vérerek)

16 Egy kis kitérő az operák k világába Carl Maria von Weber ( ) A bűvös vadász Egy udvari másoderdészi cím és egy lány kezének biztos elnyerésért, Max a sötét hatalmak erejét igénybe véve mágikus golyókat öntet, hogy minden lövése célba találjon. Mi is ilyen mágikus golyót szeretnénk készíteni a rák ellen, de nem a sötét hatalmak, hanem a tudomány segítségével

17 A mágikus m golyó elmélete lete ldallánc elmélet Paul Ehrlich ( ) 1908 rvosi obel Díj : immunológiai kutatásokért 1909 Salvarsan felfedezése (szifiliszelleni gyógyszer) Kemoterápia elnevezés Mágikus golyó (Magic bullet, Zauberkugel) ldallánc elmélet Receptor elmélet ldallánc, ami csak a parazitákon található, de a megtámadott sejten vagy szerven nem Hatóanyagok szelektív célbajuttatása ellenanyagok segítségével

18 Salvarsan 1940-ig a penicillin felfedezéséig egyeduralkodó e betegségre A trimer és a pentamer szerkezet valószínűsítése 2005-ben

19 Irány nyított kemoterápia A megnövekedett biológiai és biokémiai tudás elvezetett a sejtek (pl. tumor sejtek) szerkezetének és működésének megértéséhez Irányított kemoterápia folyékony fázisú endocitózis diffuzió/aktív transzport receptor-közvetített endocitózis receptor lizoszóma Hatás s helye lizoszóma lebomlás lebomlás

20 Vérerek különbk nbözősége egészs szséges és s tumoros szövetekben (a humán szérum albumin (HSA) akkumulációja tumoros szövetekben) Egészséges szövet Tumoros szövet HSA Ø = 7.2 nm nm A tumoros szövetekben kialakult vérerek szabálytalan nagy pórusokat tartalmaznak, amelyek átjárhatók makromolekulák számára is kda molekulatömeg tartományba eső makromolekulákat veszik fel könnyen a tumorsejtek endocitózissal (HSA ~ 66 kda). A 40 kda-nál kisebb molekulák gyorsan kiürülnek a tumorsejtekből. A HSA 3-25%-a akkumulálódik a tumorokban. Az albumin a legfontosabb energia- és tápanyagforrás a tumornövekedéshez.

21 Humán n szérum albumin (HSA) mint hordozó A HSA szerkezete Szabad 34 Cys (narancs szín) Ł kapcsolási hely egy hidrofób mélyedésben (a felszíntől számított Å mélyen) Ideális jelőlthatóanyag szállítására: A tumoros és gyulladásos szövetekben előszeretettel akkumulálódik em toxikus és nem immunogén Biodegradábilis Szabad tiol-csoport különleges a véráramban keringő fehérjék között A HSA hordozó alkalmazhatósága: Daganat terápia Rheumatoid arthritis CH 2 -SH HS-CH 2 --H-CH-C-- --H-CH-C-- -Cys- -Cys- (cisztein)

22 Humán n szérum albumin (HSA) mint hordozó A HSA szerkezete Szabad 34 Cys (narancs szín) Ł kapcsolási hely egy hidrofób mélyedésben (a felszíntől számított Å mélyen) Ideális jelőlthatóanyag szállítására: A tumoros és gyulladásos szövetekben előszeretettel akkumulálódik em toxikus és nem immunogén Biodegradábilis Szabad tiol-csoport különleges a véráramban keringő fehérjék között A HSA hordozó alkalmazhatósága: Daganat terápia Rheumatoid arthritis CH 2 -S S-CH 2 --H-CH-C-- --H-CH-C-- -Cys- -Cys- (cisztin)

23 Lizoszómák az elsődleges lizoszómák a Golgi-készüléken keletkeznek. alizoszómák olyan egyrétegű membránnal határolt hólyagocskák (sejtorganellumok), amelyek hidrolitikus enzimeket tartalmaznak. a belsejükben enyhén savas ph uralkodik (ph ~4.8) Katepszin B (27000 Da molekula tömegű fehérje): -lizoszómális enzim, amely túltermelődik a tumorsejtekben -jelentős szerepet játszik az endocitózissal bejutott fehérjék lebontásában Lizoszómák Fontos szerepet játszanak a sejten belüli hatóanyag felszabadulásban

24 Egy savlabilis kötés: a hidrazon R R C= + H 2 -H-C-R -H 2 (ph 5-7) + H 2 (< ph 5) R R C=-H-C-R R = H (aldehid) R = alkil, aril (keton) hidrazid hidrazon H 2 -H-C-(CH 2 ) 5 ph 6 doxorubicin (Dox) A doxorubicin (6-maleimidokaproil)hidrazon származéka DX-EMCH

25 Prodrug (előgyógyszer)) kapcsolása sa HSA-hoz + SH- 34 Cys(HSA) (endogén vagy exogén módon) addició 34 Cys(HSA) H < ph 5 Doxorubicin felszabadul savas körülmények között (pl. lizoszómákban) 2-5-ször növeli a maximálisan tolerálható dózist 2 óra után, 0.3% Dox és 25% DX-EMCH-HSA a vérszérumban (6% 48 óra elteltével) 3x24 mg/kg (Dox ekv.) teljes tumor visszafejlődés (MDA-MB435 humán emlő)

26 Egy önfeláldózó távtartó (self-immolative spacer) Phe-Lys-PABC Katepszin B Phe HSA- 34 Cys Lys p-amino-benziloxikarbonil (PABC) Katepszin B, +H 2 37 o C, ph 4,8 H 2 + C 2 + doxorubicin

27 Kettős hatású prodrug Phe-Lys-PABC-Drog1 Phe-Lys-PABC-Drog2 Mtt Paclitaxel (Ptx) Mtt -H 2 konjugáció, Mtt védőcsoport eltávolítása

28 Katepszin B Phe PABC Dox EMC Glu Lys Phe Lys PABC Ptx Katepszin B A szabad Dox és Ptx 3 órán belül felszabadul a konjugátumból

29 HSA - mirisztinsav-hat hatóanyaganyag komplex Levemir forgalomban levő hosszan tartó hatású inzulin származék cukorbetegségre HSA 5 mirisztinsavat köt meg tetradekánsav (CH 3 (CH 2 ) 12 CH) Hatóanyag kapcsolása mirisztinsavhoz: HSA-hoz történő kötődést eredményezhet, amely a véráramban való hosszabb tartózkodást és a tumorszelektivitás növekedését okozhatja. A1 C14 fatty acid (Myristic acid) Thr Lys Gly Ile Val Glu Gln Cys Cys Lys Thr Phe Phe Gly Arg Tyr Glu Thr Gly Pro Cys B29 Val A21 Asn Cys Tyr Leu Asn Glu Leu Gln Tyr Leu Ser Ile Cys Ser Cys Phe Val Asn Gln His Leu B1 Tyr Leu Ala Glu Val Leu His Ser Gly

30 Monoklonális lis antitestek terápi piás s alkalmazása Új erek képződésének feltétele: VEGF (vascular endothelial growth factor) kötődése receptorához (VEGF-R) Új erek képződésének gátlása: VEGF mennyiségének csökkentése a receptorhoz kötődés megakadályozása bevacizumab (Avastin ) -monoklonális VEGF antitest -angiogenezis gátlása

31 europilin 1 (RP-1) receptor (VEGF-R R segéd d receptora) europilin 1 receptor normál sejteken, ahol nincs jelentős új érképződés nem jelenik meg. De nagy számban előfordul rákos sejteken, ahol fokozott az érképződés RP-1 receptort kimutatták: emlőtumor vastagbélrák agytumor tüdőrák hasnyálmirigyrák prosztatarák A RP-1 receptor blokkolása csökkenti az új érképződést, a tumorsejtek migrációját, a metasztázist. = [Thr-Lys-Pro-Arg] n vagy [Thr-Lys-Pro-Pro-Arg] n

32 Szelektív v hatóanyag anyag célbajuttatás hormon receptorokon keresztül konjugált hatóanyag összekötő Irányító molekula receptor-közvetített endocitózis szabad hatóanyag konjugált hatóanyag összekötő irányító molekula receptor hatás helye vezikula szabad hatóanyag lizoszóma endoszóma hatás helye rákos sejt egészséges sejt A legtöbb hormon serkenti a tumornövekedést (ezeket nem célszerű hordozóként alkalmazni) Gonadotropin releasing hormon és a szomatosztatin önmagában is tumorgátló hatású

33 Gonadotropin Releasing Hormon - GnRH Andrew Victor Schally Roger Guillemin 1977-ben megosztott orvosi obel Díj "for their discoveries concerning the peptide hormone production of the brain" Human GnRH-I (LH-RH): Glp-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-H disznó hipotalamuszából kivonva és tisztítva: 800 µg Glp: piroglutaminsav (poszttranszlációs módosulás) enzimes hasítás -Aaa 1 -Gln-Aaa 2 - +H 2 H 2 -Gln-Aaa 2 - H 2 -C-CH 2 CH 2 H 2 -CH-C-Aaa 2 -

34 Gonadotropin Releasing Hormon - GnRH Andrew Victor Schally Roger Guillemin 1977-ben megosztott orvosi obel Díj "for their discoveries concerning the peptide hormone production of the brain" Human GnRH-I (LH-RH): Glp-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-H disznó hipotalamuszából kivonva és tisztítva: 800 µg Glp: piroglutaminsav (poszttranszlációs módosulás) enzimes hasítás -Aaa 1 -Gln-Aaa 2 - +H 2 -H H 2 -Gln-Aaa 2-3 Glp-Aaa 2 - C-Aaa 2 -

35 A Gonadotropin Releasing Hormon szerepe Peptide hormon, hipotalamuszban termelődik és pulzálva kiválasztódik A reprodukciót kontrollálja, a hipofízisben lévő gonadotróp sejtek stimulálása útján A gonadotropin hormonok termelődésének és kiválasztásának stimulálása - luteinizáló hormon (LH) (sárgatest hormon) heterodimer glikoprotein ( aminosav) - follikuluszstimuláló hormon (FSH) heterodimer glikoprotein ( aminosav) tesztoszteron ösztrogén Szex-szteroidok Hormonfüggő tumorok kialakulásában fontos szerepük van Férfiaknál tesztoszteron

36 Agonista és antagonista peptidek alkalmazása a tumorterápi piában Glp-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-H 2 Agonista: [D-Lys 6 ]-GnRH-I Glp-His-Trp-Ser-Tyr-D-Lys-Leu-Arg-Pro-Gly-H 2 Antagonista: Cetrorelix X Ac-D-al-D-Cpa-D-Pal-Ser-Tyr-D-Cit-Leu-Arg-Pro-D-Ala-H 2 al: 2-naftilalanin Cpa: p-klór-fenilalanin Pal: 2-piridilalanin Cit: citrulin nem természetes aminosavak A B GnRHagonista GnRHantagonista szérum hormon szint szérum hormon szint A szérum hormon szint csökkentése a kasztrációs szint alá (kémiai kasztráció) nap óra

37 GnRH receptorok ok a tumorsejteken GnRH-I A GnRH peptidek hatása a tumorsejteken egy bonyolult folyamat GnRH-R GnRH-II G ai Számos tumorsejtennagy mennyiségben Egészséges sejteken nem vagy csak kis mennyiségben fordul elő RPTK p38 JK PTP P GRB 2 SS RAS AP-1 c-jun P EGFR PI3K AKT RAF MAPKK P MAPK P Sejt osztódás c-fos TCF P GnRH Ł egyben hatóanyag és irányító molekula citosztatikumok tumorsejtbe juttatására

38 Doxorubicin-[D [D-Lys 6 ]-GnRH-I I (A-152) [D-Lys 6 ]-GnRH-I Doxorubicin [D-Lys 6 ]-GnRH-I egy GnRH-I agonist analog Észter-kötéssel kapcsolják adoxorubicinhez Klinikai Fázis II-ben vizsgálják, emlő, petefészek és méh daganatokra Észter-kötés gyors lebomlása humán szérumban (t 1/2 ~ 2 h) karboxil-észterázok hatására

39 GnRH-III a nagy tengeri ingolából izolált lt GnRH analog GnRH-I: Glp-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-H 2 GnRH-III: Glp-His-Trp-Ser-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 AGnRH receptor(ok)hozkötődik a tumor sejteken szor kisebb az endokrin hatása emlősökön, mint a humán GnRH-I Tumorellenes hatását kimutatták emlő, prosztata, méh, hasnyálmirigy, vastagbél daganat sjeteken GnRH-III: Hatásos szállító molekula lehet az irányított tumorterápiában

40 In vivo vizsgálatokra kiválasztott oxim-kötést tartalmazó Daunorubicin-GnRH GnRH-III konjugátumok xim-kötés: R R C= + H 2 -H ph 5-7 -H 2 R R C=-H R = H (aldehid) R = alkil, aril (keton) hidroxilamin oxim <EHWSHDWKPG-H 2 <EHWSHDWKPG-H 2 H --CH 2 -C- H H --CH 2 -C-GFLG- H H H CH 3 H H 2 CH 3 H H 2 H H CH 3 CH 3 GnRH-III(Dau=Aoa) GnRH-III(Dau=Aoa-GFLG) Aoa: aminooxiacetil (H 2 --CH 2 -C- )

41 A konjugátumok lebomlása Katepszin B hatására Glp-His-Trp-Ser-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 H --CH 2 -C- H H H H H-Lys-H --CH 2 -C- H CH 3 H H 2 CH 3 H H 2 H H CH 3 CH 3 Glp-His-Trp-Ser-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 H --CH 2 -C-Gly-Phe-Leu-Gly- H H --CH 2 -C-Gly-H H H H CH 3 H H 2 CH 3 H H 2 H H CH 3 CH 3 A metabolitok is képesek kötődni a DS-hez

42 Egerek a tudomány szolgálat latában

43 A tumornöveked vekedés gátlása 35. nap 3,0 Kontroll GnRH-III(Dau=Aoa) GnRH-III(Dau=Aoa-GFLG) 2,5 Tumor tömeg (g) 2,0 1,5 1,0 0,5 100% 59% 50% 0,0 Kontroll GnRH-III(Dau=Aoa) GnRH-III(Dau=Aoa-GFLG)

44 A vérerek v száma kezelt és s kezeletlen tumorszövetekben Kontroll GnRH-III(Dau=Aoa-GFLG) 26,3±6,7 12,3±6,5 vérerek száma

45 Radioaktív izotópot tartalmazó szomatosztatin származékok 90 Y D-Phe-Cys-Tyr-D-Trp-Lys-Thr-Cys-Thr-ol ( 90 Y-DTATC) 89 Y = ittrium (átmenetifém) Lu D-Phe-Cys-Tyr-D-Trp-Lys-Thr-Cys-Thr-H ( 177 Lu-DTATATE) 175 Lu = lutécium (lantanoida) 71 Diagnosztika: 99m Tc, 111 In, 68 Ga Terápia: 90 Y, 177 Lu

46 A tumorsejteken a receptorok száma korlátozott (Hogyan növeljük a bevitt hatóanyag mennyiséget?) 1. Egy hordozó molekulán több hatóanyag: a hatóanyagok számának növelése ne rontsa a receptorhoz kötődés erősségét Glp-His-Trp-Lys-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 Glp-His-Trp-Ser-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 ε H ε H Lys H H H α H ε H H CH 3 H H H H CH 3 CH 3 H H H H CH 3 H H 2 H H 2 H H 2 H H 2 Glp-His-Trp-Lys-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 Glp-His-Trp-Ser-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 H ε H H ε H H H H CH 3 H α H H Lys ε H H H H CH 3 H 2 H 2 H H 2 H 2 H 2 H H 2

47 A tumorsejteken a receptorok száma korlátozott (Hogyan növeljük a bevitt hatóanyag mennyiséget?) 2. Több hordozó molekula különböző receptorokon keresztül támadja a tumorsejtet: Hatóanyag egyszerre történő célbajuttatása GnRH és szomatosztatin receptorokon keresztül. Glp-His-Trp-Ser-His-Asp-Trp-Lys-Pro-Gly-H 2 H --CH 2 -C- H H CH 3 H H 2 H CH 3 D-Phe-Cys-Tyr-D-Trp-Lys-Val-Cys-Thr-H 2 H H CH 3 H CH3 H H2

48 Irány nyító molekulákkal kkal módosm dosított nanon ano-hordozók k típusait irány nyított kemoterápi piára

49 Becsaphatjuk-e e a rákos r sejteket? A hatóanyag irányított sejtbe juttatása hasonlít a trójai faló esetére. A sejt maga engedi be a gyilkosokat a belsejébe.

50 Vigyázzunk magunkra a hosszú, boldog életért! Köszönöm m a figyelmet!