A DOXIL ÉS MÁS NANOGYÓGYSZEREK EGY FIZIKUS SZEMÉVEL Prof. Dr. Hajtó János MAGYOSZ NANOMEDICINA ÜLÉS 2009 Március 11. 1
A BZAKA 6 kutatóintézete Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány Miskolc Budapest Szeged Bay-NANO Nanotechnológiai Intézet Bay-ATI Anyagtudományi és Technológiai Intézet Bay-IKTI Ipari Kommunikáció Technológiai Intézet Bay-BIO Biotechnológiaia Intézet Bay-GEN Növénygenomikai, Humán Biotechnológiai és Bioenergiai Intézet Bay-LOGI Logisztikai és Gyártástechnikai Intézet 2
Doxorubicin Anthracycline antineoplastic agent isolated from Streptomyces peucetius var caesius fungus. FDA approval in 1974 Broad antitumor activity, flexible dosing component of many combination chemotherapy regimens for breast, lung, gastric and ovarian cancers, Hodgkin's disease, non-hodgkin's lymphoma, sarcoma, myeloma, and acute lymphocytic leukemia. Particularly bad side effect profile: Gradual cardiotoxicity, fatal heart failure Reserachers tried to develop analogs, with lower side effects, but despite reviewing over 2000 such molecules, doxorubicin still remained the only choice. Synthesis: Harrison et al.; Biochem. biophys. Acta; 21; 150, 152(1956) 10-(4-amino-5-hydroxy-6- methyl-oxan-2-yl)oxy-6,8,11- trihydroxy-8-(2-hydroxyacetyl) -1-methoxy-9,10-dihydro-7Htetracene-5,12-dione C 27 H 29 NO 11 ADM Adriablastin Adriamycin Adriamycin PFS Adriamycin RDF Adriamycin Semiquinone Adriblastin Adriblastina Caelyx DM2 MW: 543.519 Doxil Doxo Doxorubicin HCl Doxorubicin Hydrochloride Doxorubicin [Usan:Ban:Inn Doxorubicina [Inn-Spanish] Doxorubicine [Inn-French] Doxorubicinum [Inn-Latin] RDF Rubex Rubex 3
M.W. 543.519 C27H29NO 2.2 nm 2.4 nm 4
5
Electron micrograph of a liposome 6
Structure of Doxil Doxorubicin 85-100 nm Lipid Membrane (Phospholipid + Cholesterol) Polyethylene Glycol 7
SUV MLV Freeze Fracture TEM Cryo-TEM AFM 8
Methodical approaches to liposome formation Hydration of dry lipid film Film formation hydration Downsizing/homogenization 1. Extruder for preparing small Size liposomess 2. Emulgeator for preparation Of small size liposomess Dissolution of lipids with water Injection/admixture Removal of organic solvent Downsizing/homogenization Requirements: 1. ideal shpherical shape, 2. small size, withh narrow distribution 9
Doxorubicin Levels in Prostate Carcinoma Xenograft Prosztata ráksejtek dox tartalma 8 Doxil AUC = 919 µg Drug/gm Tumor 6 4 2 DOXORUBICIN DOXORUBICIN = 36.5 Doxil 0 Vaage J, et al. Cancer, 1994 50 100 150 200 Hours 10
A Doxil (doxorubicin liposzomába csomagolva) klinikai vizsgálatainak eredményei: Hosszú cirkulációs élettartam a vérplazmában Megnövekedett koncentráció a rákos szövetekben Megnövekedett gyógyító hatás a szabad doxorubicinhez képest 11
Patogenezis Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány ANGIOGENEZIS TRANSZFORMÁCIÓ MOTILITÁS ÉS INVÁZIÓ KITAPADÁS MEGREKEDÉS A KAPILLÁRISOKBAN TUMOREMBOLUSOK A KERINGÉSBEN Kapillárisok, venulák,, nyirokerek TRANSZPORT TÖBB FÉLE JETBŐL ÁLLÓ AGGREGÁTUMOK (LIMFOCITA, THROMBOCITA) KILÉPÉS AZ ADOTT SZERV STROMÁJÁBA REAKCIÓ A MIKRO- KÖRNYEZETRE METASZTÁZIS TUMORSEJT PROLIFERÁCIÓ ÉS ANGIOGENEZIS A METASZTÁZIS METASZTÁZISA 12
Egészséges szövet Szív toxicitás Kapilláris Doxil konvekció Doxorubicon diffúzió Egészséges szövet 13
Kapilláris Rákos szövet Megnövekedett permeabilitás a kapilláris rákos szövet határfelületen Doxil diffúzió Rákos szövet 14
EPR effect (Enhanced permeability with retention) Stealth liposomes with their diameter adjusted at about 100 nm gather easily around tumor tissues because of the enhanced permeability retention (EPR) effect Yasuhiro Matsumura and Dr. Hiroshi Maeda at Kumamoto University. The EPR effect means that high polymerized drugs and liposomes are selectively trapped by tumor tissues and stay there for a longer period of time because of the following characteristics of tumor tissues: High neovascular density; Insufficient vessel structure, increased permeability for liposomes Decresased lymphatic drain Új ér képződés Lyukak az érfalon, megnövekedett permeabilitás Csökkentett nyirok elfolyás 100 nm miért ideális méret? Kisérletek alapján: ha túl kicsi, belemegy a szívbe Ha túl nagy, nem megy bele a rákos szövetbe 15
A felületi szerkezet fontossága Hipotézis: pancake ideális a vérben brush ideális a rákos szövetben 16
Javasolt fejlesztés: ph érzékeny felületi molekulák létrehozása nanotechnológiával Kémia Nanometrológia Klinikai tesztek 17
A Topoizomer omeráz-i gátlása DNS törésekett és s sejthalált lt vált v ki Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány Topoisomerase I Inhibitor 5' DNA Polymerase Topoisomerase I 5' 3' 5' 5' 3' Replication Fork TOPO I Replication Fork TOPO I 3' DNA Ligase Replication 3' Replication 5' 5' 3' 5' 5' 3' Replication Fork TOPO I TOPO I 3' Replication fork encounters stabilized Topo I DNA complex Replication stops 3' DNA single-strand breaks Cell death 18
19
Kritikus Fizikai Paraméterek Doxil konvekciója a vérplazmában Doxil élettartama a vérplazmában Doxil diffúziója a kapilláris falán keresztül A Doxil diffúziója a rákos szövetben Doxil felhalmozódása a rákos sejtekben Doxorubicin kiszabadulása a liposzómából és diffúziója A DNS-hez Slide 20 20
Konklúzió Konvekció és diffúzió optimalizálása Liposzóma morfológia optimalizálása (felületi struktúra, méretek) Külső hatásokra érzékeny molekulák kifejlesztése Slide 21 21