Вижте статиите и съдържанието, публикувани в този носител, както и електронните резюмета на научни списания към момента на публикуване

Бъдете информирани по всяко време благодарение на сигнали и новини

Достъп до ексклузивни промоции за абонаменти, стартиране и акредитирани курсове

Следвай ни в:

употреба

Паклитаксел е един от най-обещаващите антитуморни агенти, разработени през последните десетилетия. Наскоро се навършиха 30 години от откриването на начина на действие на това лекарство, получено от растителен екстракт, и 15 от одобрението за използването му за лечение на рак на гърдата. Тази работа припомня процеса, който ни позволи да имаме тази ценна терапевтична опция днес.

Изображение на тисовото дърво в градините на историческата сграда на Университета на Барселона.

Паклитаксел е противотуморно средство, което се използва за лечение на някои видове рак поради способността му да инхибира растежа на туморните клетки. Първоначално идентифициран и извлечен от кората на тис (Taxus brevifolia), понастоящем се препоръчва използването му при лечение на рак на гърдата (Таблица 1) и в комбинация с други съединения (цисплатин) представлява химиотерапия от първа линия за рак на яйчниците лечение.

Откриването на паклитаксел е много илюстративен пример за това как знанията, придобити в продължение на векове в традиционната медицина и при изучаването на природни продукти, могат да бъдат приложени от фармацевтичната индустрия и научната общност за разработването на нови лекарства и представлява друга извадка от значението че запазването на биологичното разнообразие на нашата планета може да има в бъдеще.

Паклитаксел е изолиран в резултат на публична програма за идентифициране на нови противотуморни съединения, разработени в Съединените щати в края на 60-те и началото на 70-те години. В тази програма бяха взети проби от хиляди растения от различни части на света въз основа на тяхната дейност. Сред тях имаше проби от кора от тихоокеанския тис (Taxus brevifolia), който расте на западния бряг на САЩ и Канада. Тези проби показват мощна цитотоксична и антилевкемична активност.

При анализ на активния принцип на екстракта се идентифицира паклитаксел. Погледнато с перспективата на времето, не е изненадващо, че интересни молекули от фармакологична гледна точка са получени от тис. Тогава никой не можеше да предвиди, че ще се получи точно паклитаксел, но когато характеристиките и историята на европейското дърво (Taxus baccata) са описани в следващите параграфи, откритието няма да изглежда толкова изненадващо.

БОТАНИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ТИСА

Тисът е дърво, което може да нарасне до големи размери, височина до 20 м и ствол до 1,5 м в диаметър (вижте началното изображение на тази статия). В допълнение към размера си, тисовото дърво се откроява, защото е много дълголетно: някои екземпляри са надхвърлили 1500 години живот и се считат за най-старите дървета в Европа. Тисовите листа са вечнозелени, с дължина между 10 и 30 мм и подредени в два противоположни реда, тъмнозелени от горната страна и жълтеникави от долната страна. Плодовете му са месести и ярки и яркочервени.

Друга интересна особеност на тиса е, че както листата, клоните, така и дървото съдържат силно токсични алкалоиди, наречени общо таксини, които действат върху централната нервна система, парализирайки я. Всъщност всичко в тис е отровно, с изключение на червения плик, който заобикаля плодовете. Поглъщането на тис първоначално води до ускоряване на сърдечния ритъм, а след това става по-бавен и по-неравномерен, докато накрая настъпи смърт от дихателна парализа.

Токсичността на тис и неговото необикновено дълголетие, което го прави безсмъртен, го прави от незапомнени времена считано за свещено дърво. По този начин келтските народи го почитат и неговите жреци, друидите, го използват в своите ритуали. Други народи на Иберийския полуостров като древните кантабрианци и астурийци, както и някои от заселниците на Галия, са го използвали като отрова, когато са били пленени от враговете си. Един от най-добре документираните случаи е този, описан от Юлий Цезар в своя трактат за Галската война (Книга IV), в който той разказва как „Катоколус, началникът на Ебуроните, се е самоубил, като е взел екстракт от тисовото дърво“. Днес знаем, че Ебуроните са били племе от германски произход, което е обитавало северна Галия, между Маас и Рейн.

Появата на християнството не променя мистичната аура, свързана с тиса. Християните, приспособявайки някои от езическите традиции, построяват църкви и гробища редом с тисовите дървета на места, които вече са били свещени за келтите. Тисът е засаден заради вечнозелената си зеленина и дълголетие, като символ на вечния живот. В продължение на векове също е било обичайно да се засажда при изграждането на големи паметници, така че да издържи и да бъде свидетел на своята история.

Тисовото дърво е с червеникав цвят и с изключителна твърдост, което го прави много подходящ за изработка на шкафове и дърворезба. Въпреки това, недостигът на парчета с достатъчна дебелина, поради бавния растеж на дървото, ограничава използването му за тези цели. Твърдостта му, заедно с устойчивостта му на триене, означават, че от векове тисовото дърво се използва широко и за направата на оси на колички. Освен това, през Средновековието той е бил широко използван за направа на лъкове и арбалети, поради своята устойчивост и гъвкавост. Легендата разказва, че арбалетът на Уилям Тел е направен от това дърво. Имаше време, когато тисовите гори бяха от огромно стратегическо значение. Наличието на много тис означаваше, че снабдяването с оръжие по време на войната беше гарантирано.

ПРОЦЕСЪТ, КОЙТО Е ПРАВИЛ ПАКЛИТАКСЕЛ НАЛИЧЕН КАТО ХИМОТЕРАПЕВТИЧЕН АГЕНТ, Е МНОГО ИЛУСТРАТИВЕН ПРИМЕР ЗА КАК ЗНАНИЯТА, ПРИДОБИВИ ПРЕЗ ВЕКОВЕ, МОГАТ ДА СЕ ПРИЛАГАТ ЗА РАЗРАБОТВАНЕТО НА НОВИ ЛЕКАРСТВА

Значението на това дърво през историята е отразено и в географията. Без да се стига по-нататък, има многобройни имена на испански градове, които произлизат от тиса, като Teixeiro, Teixido или El Tejo. Тези градове дължат името си и са отражение на значението, което това дърво е имало в миналото.

Що се отнася до лечебните им свойства, те са известни от хилядолетия. Римският император Клавдий публикува указ, в който посочва тисовото дърво като най-доброто противоотрова за ухапвания от змии. През цялата история той се използва и като аборт. С течение на времето обаче лекарствената полезност на тиса не се използва до откриването на паклитаксел в началото на 70-те години.

СТРУКТУРА НА ПАКЛИТАКСЕЛА

Паклитаксел има много сложна химическа структура, в която се откроява въглеводороден скелет, съставен от три цикъла от 6, 8 и 6 въглерода (фиг. 1, в жълто), полизаместен с четири метила и осем кислородни функции (сред тях една от b - фенилизосерин, който естерифицира позицията C-13). Молекулата има общо единадесет стереоцентъра.

Фигура 1. Структура на паклитаксел

Определянето на неговата структура през 1971 г. от рентгенов дифракционен анализ е предизвикателство за учените от онова време; както е и по-късно неговият пълен синтез, публикуван през 1994 г.

МЕХАНИЗЪМ НА ДЕЙСТВИЕ

Поради своята биологична активност паклитаксел е класифициран в групата на така наречените антимитотични лекарства. За да разберем по-добре начина му на действие, трябва да се помни, че ако не се дублират, клетките са в състояние на покой, наричано още фаза G0. Напротив, клетките, които се размножават, следват цикъл, наречен клетъчен цикъл, който се състои от два етапа: митоза, наричана още М или фаза на разделяне, и интерфейс, който от своя страна включва фази G1, S и G2. На границата на връзката клетъчният растеж се осъществява със синтез на протеини и нуклеинови киселини, необходими, така че по време на М фазата клетката да се раздели на две дъщерни клетки.

Интерфейсът се състои от фаза G1 или фаза на растеж (в която се синтезират РНК и протеини), фаза S или фаза на синтез на ДНК и фаза G2 или втора фаза на растеж (в която се синтезират повече РНК и протеини). Клетъчното делене се случва в М фаза или митоза и се състои от четири етапа: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Спирането или блокирането на клетъчния цикъл може да инхибира клетъчната пролиферация и по този начин да прекъсне растежа на нежелани клетки, например ракови клетки. Спирането на цикъла може да се извърши на границата на интерфейса или при митоза, въпреки че повечето противотуморни съединения, включително паклитаксел, действат върху митозата, т.е. те са антимитотични съединения.

По време на профазата ядрената мембрана и ядрото изчезват и стават очевидни определен брой хромозоми, съставени от 2 хроматиди, съединени от стеснение, наречено центромера. Всяка хроматида е дълга верига от ДНК. По време на метафазата вретеното става видимо, където чрез центромерата се вмъкват хромозомите, които се движат, докато не бъдат разположени на екватора на вретеното. По време на анафазата центромерата се разделя и всяка хромозома се разделя на двете си хроматиди. Центромерите напредват по влакната на шпиндела в противоположни посоки, като всяка влачи хроматида. И накрая, по време на телофазата хроматидите се декондензират, ядрената мембрана около всеки хромозомен набор се възстановява и се извършва деление на цитоплазмата. За да се разбере ефектът от паклитаксел, е важно да се знае как се формира и разгражда митотичното вретено, тъй като тази клетъчна структура е от голямо значение по време на клетъчната пролиферация. Ако вретеното не може да се формира, клетките няма да могат да се дублират, като по този начин предотвратяват тяхното размножаване.

Митотичното вретено е изградено от микротубули, които са тръби, съставени от комбинация от 2 вида протеини: a-тубулин и b-тубулин (фиг. 2). Тези протеини образуват ab хетеродимери, способни да се групират в полимери (микротубули) в присъствието на други протеини, наречени MAPs (свързан с микротубули протеин), GTP и Mg 2+. Микротубулите имат два края. В единия от тях, идентифициран с математически знак (-), там започва нуклеацията, а в другия (+) микротубулата расте. След като растежът на микротубулата започне, той приема цилиндричен вид, с диаметър около 25 nm, с 13 протофиламента, които образуват кръга на микротубулата.

Фиг. 2. Механизъм на полимеризация на микротубулите. Долната част на диаграмата показва модификацията на микротубулите в присъствието на паклитаксел.

Микротубулите са динамични структури, което означава, че те могат да бъдат удължени чрез добавяне на повече хетеродимери (тубулин-GTP) в края (+); но те също могат да бъдат съкратени (ако GTP се хидролизира) и хетеродимери (тубулин-GDP) могат да бъдат освободени от (-) края. По време на интерфазата микротубулите образуват мрежа от центъра в цялата цитоплазма, но с началото на митозата микротубулите се разпадат, образувайки митотичното вретено. По това време микрофиламентите са в необичайно състояние на бързо сглобяване и разглобяване, което обяснява изключителната чувствителност на вретеното към различни съединения, които се свързват с тубулин.

ОТКРИВАНЕТО НА ПАКЛИТАКСЕЛ СЪСТАВЯ ДРУГ ПРИМЕР ЗА ЗНАЧЕНИЕТО НА ОПАЗВАНЕТО НА БИОРАЗНООБРАЗНОСТТА НА НАШАТА ПЛАНЕТА, ОЩЕ В ОПАСЕНИ ВИДОВЕ, КЛЮЧЪТ ЗА РАЗВИТИЕТО НА ОПАСНИТЕ АРМАКОСИ, КОИТО НЯМА НУЖДА

Противораковите лекарства, отговорни за въздействието на динамиката на микротубулите или свързването с тубулин, се наричат ​​антимитотични лекарства, тъй като те променят правилното функциониране на митотичното вретено. Сред тези антимитотици се открояват лекарствата, отговорни за инхибиране на сглобяването на микротубули (семейства колхицин и винбластин) и тези, отговорни за насърчаване на свързването и стабилизирането на микротубулите (семейство паклитаксел).

Колхицинът, алкалоид, който се извлича от див шафран, се свързва с хетеродимера и предотвратява неговата полимеризация, така че не е възможно да се образува митотичното вретено. Начинът на действие на паклитаксел също предотвратява образуването на митотичното вретено, но в този случай причинява образуването на твърде дълъг полимер. Паклитаксел се свързва с b-тубулин, като по този начин насърчава образуването на дълги полимери, дори в присъствието на БВП, който не може да бъде съкратен. Микротубулата, стабилизирана с паклитаксел, има 12 протофиламента (вместо нормалните 13 протофиламента) и диаметър, по-малък от нормалния (22 nm). Стабилизирането на микротубулите причинява загуба на функцията на вретеното, последващо спиране на клетъчния цикъл в прехода метафаза/анафаза и, накрая, клетъчна смърт.

Паклитаксел е изопреноидно съединение. Изопреноидите са сложно семейство от съединения (повече от 35 000 идентифицирани до момента), които представят голямо разнообразие от структури и функции. Въпреки голямото си разнообразие обаче, всички изопреноиди са получени от два често срещани структурни предшественика на пет въглеродни атома, изопентенил дифосфат и неговия изомер, диметилалилдифосфат (фиг. 3).

Фиг. 3. Опростена схема на биосинтеза на паклитаксел от изопентенил дифосфат и диметилдифосфат. Паклитаксел се синтезира от GGPP, образуван в хлоропласти чрез метаболитния път на метилеритритол фосфат (MEP).

Централният скелет на молекулата на паклитаксел е таксанов пръстен с изопреноидна природа и получен от геранилгеранил дифосфат (GGPP), общ предшественик на 20-въглеродни изопреноиди (дитерпени), сред които са съединения като каротеноиди, фитолната верига на хлорофили или гиберелини, които участват в растежа и развитието на растенията.

Първият специфичен етап на биосинтеза на паклитаксел е циклизирането на GGPP до таксони-4 (5), 11 (12) -диен, реакция, катализирана от ензима таксадиен синтаза. Впоследствие скелетът на таксаните се окислително модифицира в процес, който протича на около десет етапа, за да даде началото на бакатин III. В последните етапи на пътя на синтеза на паклитаксел се осъществява свързването на N-бензоил-3-фенилизосериновата странична верига.

Въпреки интереса му като химиотерапевтично средство, употребата на паклитаксел е ограничена в резултат на ограниченията за наличност, произтичащи от трудностите при получаването му. Те включват ниската му концентрация в кората на тиса (0,007% от сухото тегло) и високата цена на процеса на екстракция. По този начин се изисква да се обработят около 750 дървета, за да се получи 1 кг паклитаксел. В допълнение, както вече беше посочено, тисът е много бавно растящо дърво, което отнема около 70 години, за да достигне 7-9 м височина и 25 см в диаметър, необходими за правилното използване на кората. Към това трябва да се добави, че безразборното изсичане на тиса би могло да доведе до бързо изчезване на вида, като същевременно би компрометирало естествения източник на самия паклитаксел. Недостигът и трудностите при извличането на паклитаксел от естествения му източник водят до това, че съединението има много висока цена и е довело до търсене на алтернативни източници за получаването му.

Един от тях е химическият синтез, въпреки че е сложен, трудоемък и не е икономически изгоден поради високите разходи на процеса. Понастоящем алтернатива за получаване на паклитаксел и аналогични съединения е полусинтезата от посредници на пътя на биосинтеза като бакатин III и 10-деацетил-бакатин III, много по-достъпни, тъй като те присъстват в различните видове Taxus o във възобновяеми тъкани като листа или плодове и чието събиране не изисква години на отглеждане или компрометира тяхната жизнеспособност. При този тип енантиоселективен синтез са постигнати добиви до 75%.

Търсят се и структурни аналози на паклитаксел, които биха могли да имат сходни ефекти върху микротубулите и които биха могли да подобрят фармакологичните свойства на паклитаксел. Сред тях се откроява доцетаксел (фиг. 4).