Перегляньте статті та зміст, опубліковані в цьому носії, а також електронні зведення наукових журналів на момент публікації
Будьте в курсі завжди, завдяки попередженням та новинам
Доступ до ексклюзивних рекламних акцій на підписки, запуски та акредитовані курси
Слідкуй за нами на:
Паклітаксел є одним з найбільш перспективних протипухлинних засобів, розроблених за останні десятиліття. Нещодавно минуло 30 років з часу відкриття способу дії цього препарату, одержуваного з рослинного екстракту, і 15 з моменту затвердження його застосування для лікування раку молочної залози. Ця робота нагадує процес, який дозволив нам сьогодні мати цей цінний терапевтичний варіант.
Зображення тиса, присутнього в садах історичної будівлі університету Барселони.
Паклітаксел - протипухлинний засіб, який використовується для лікування деяких видів раку через його здатність пригнічувати ріст пухлинних клітин. Спочатку ідентифікований та витягнутий з кори тису (Taxus brevifolia), в даний час його рекомендують застосовувати при лікуванні раку молочної залози (табл. 1), а в поєднанні з іншими сполуками (цисплатин) він становить першу лінію хіміотерапії при раку яєчників лікування.
Відкриття паклітакселу є дуже наочним прикладом того, як знання, набуті століттями в традиційній медицині та у вивченні природних продуктів, можуть бути застосовані фармацевтичною промисловістю та науковим співтовариством для розробки нових лікарських засобів і є ще однією зразкою важливості що збереження біорізноманіття нашої планети може мати в майбутньому.
Паклітаксел був виділений в результаті публічної програми з ідентифікації нових протипухлинних сполук, розроблених у США наприкінці 1960-х - на початку 1970-х років. За цією програмою тисячі рослин з різних куточків світу були відібрані та відібрані на основі їх діяльності. Серед них були зразки кори тихоокеанського тису (Taxus brevifolia), що росте на західному узбережжі США та Канади. Ці зразки виявляли потужну цитотоксичну та протилейкемічну активність.
При аналізі активного початку екстракту було визначено паклітаксел. Дивлячись на перспективу часу, не дивно, що цікаві молекули з фармакологічної точки зору були отримані з тису. Тоді ніхто не міг передбачити, що саме буде отриманий паклітаксел, але коли характеристики та історія європейського дерева (Taxus baccata) описані в наступних параграфах, відкриття не здасться таким дивним.
БОТАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИСУ
Тис - це дерево, яке може вирости до великих розмірів, висоти до 20 м і стовбура до 1,5 м у діаметрі (див. Початкове зображення цієї статті). Окрім своїх розмірів, тис виділяється тим, що є дуже довгожителем: деякі екземпляри перевищили 1500 років життя і вважаються найдавнішими деревами в Європі. Листя тису вічнозелені, довжиною від 10 до 30 мм і розташовані у два протилежні ряди, темно-зелені з верхньої сторони та жовтуваті з нижньої сторони. Його плід м’ясистий і яскраво-яскраво-червоний.
Ще однією цікавою особливістю тис є те, що і листя, і гілки, і деревина містять високотоксичні алкалоїди, звані в сукупності таксинами, які діють на центральну нервову систему, паралізуючи її. Насправді все у тис є отруйним, крім червоного конверта, який оточує фрукти. Вживання тису спочатку призводить до прискорення серцебиття, а потім воно стає повільнішим і нерегулярним, поки нарешті не настає смерть від паралічу дихання.
Отруйність тису та його надзвичайна довговічність, завдяки яким він здається безсмертним, зробили його споконвіку вважати священним деревом. Таким чином кельтські народи шанували його, а його жерці, друїди, використовували його у своїх ритуалах. Інші народи Піренейського півострова, такі як древні кантабрийці та астурії, а також деякі поселенці Галлії, використовували його як отруту, коли їх захоплювали вороги. Одним з найкращих задокументованих випадків є випадок, описаний Юлієм Цезарем у його трактаті про Гальську війну (Книга IV), в якому він розповідає, як "Катоколій, начальник Ебуронів, покінчив життя самогубством, взявши екстракт тисового дерева". Сьогодні ми знаємо, що Ебурони були племенем германського походження, яке населяло північну Галлію, між Маасом і Рейном.
Поява християнства не змінило містичної аури, пов’язаної з тисом. Християни, пристосовуючи деякі язичницькі традиції, будували церкви та кладовища поряд з тисами в місцях, які вже були священними для кельтів. Тис був висаджений заради його вічнозеленого листя та довголіття, як символ вічного життя. Століттями також було прийнято висаджувати його при будівництві великих пам'ятників, щоб він витримав і був свідком своєї історії.
Деревина тису має червонуватий колір і надзвичайну твердість, що робить його дуже придатним для виготовлення шаф та різьблення. Однак дефіцит шматочків достатньої товщини через повільний ріст дерева обмежує його використання для цих цілей. Його твердість, а також стійкість до натирання означають, що протягом століть тисове дерево також широко використовувалось для виготовлення візків для візків. Крім того, в середні віки він широко використовувався для виготовлення луків та арбалетів завдяки своїй стійкості та гнучкості. Легенда свідчить, що арбалет Вільяма Телла був виготовлений з цього дерева. Були часи, коли тисові ліси мали величезне стратегічне значення. Наявність багатьох тисів означало, що воєнні поставки зброї були гарантовані.
ПРОЦЕС, ЯКИЙ ДОСТУПИВ ПАКЛІТАКСЕЛ, ЯК ХИМОТЕРАПЕВТИЧНИЙ АГЕНТ, Є ДУЖЕ ІЛЮСТРАТИВНИМ ПРИКЛАДОМ, ЯК ЗНАННЯ, ЗДІБНЕНІ У ВЕКІ, МОЖУТЬ ЗАСТОСУВАТИСЯ ДО РОЗРОБКИ НОВИХ ЛЕКАРСТВ
Важливість цього дерева протягом історії знайшла своє відображення і в географії. Не рухаючись далі, існує безліч топонімів іспанських міст, що походять від тису, таких як Тейшейро, Тейксідо або Ель-Техо. Ці міста зобов'язані своєю назвою і є відображенням важливості, яку це дерево мало в минулому.
Що стосується їх цілющих властивостей, то вони відомі тисячоліттями. Римський імператор Клавдій опублікував указ, в якому вказував на тисове дерево як найкраще протиотруту від укусів змій. Протягом історії він також використовувався як аборт. Однак з часом лікарська корисність тису не використовувалася до відкриття паклітакселу на початку 1970-х.
СТРУКТУРА ПАКЛІТАКСЕЛУ
Паклітаксел має дуже складну хімічну структуру, в якій виділяється вуглеводневий скелет, утворений трьома циклами із 6, 8 та 6 вуглеводнів (рис. 1, жовтим кольором), полізаміщений чотирма метилами та вісьмома функціями кисню (серед них одна з b- фенілізосерин, який етерифікує позицію С-13). Молекула має в цілому одинадцять стереоцентрів.
Рис. 1. Будова паклітакселу
Визначення його структури в 1971 р. За допомогою рентгенівського аналізу було проблемою для вчених того часу; як було згодом також його загальний синтез, опублікований у 1994 році.
МЕХАНІЗМ ДІЇ
Паклітаксел завдяки своїй біологічній активності віднесений до групи так званих антимітотичних препаратів. Щоб краще зрозуміти спосіб його дії, слід пам’ятати, що якщо вони не дублюються, клітини перебувають у стані спокою, який також називають фазою G0. Навпаки, проліферуючі клітини слідують за циклом, який називається клітинним циклом, який складається з двох стадій: мітозу, який також називають М або фазою поділу, та інтерфази, яка, у свою чергу, включає фази G1, S та G2. На межі розділу ріст клітин відбувається із синтезом білків та нуклеїнових кислот, необхідних для того, щоб під час фази М клітина могла поділитися на дві дочірні клітини.
Інтерфейс складається з фази G1 або фази росту (в якій синтезуються РНК та білки), фази S або фази синтезу ДНК та фази G2 або другої фази росту (в якій синтезується більше РНК та білків). У фазі М або мітозі відбувається поділ клітин, який складається з чотирьох стадій: профази, метафази, анафази та телофази.
Припинення або блокування клітинного циклу може пригнічувати проліферацію клітин і, отже, переривати ріст небажаних клітин, наприклад ракових клітин. Припинення циклу може здійснюватися на межі розділу або при мітозі, хоча більшість протипухлинних сполук, включаючи паклітаксел, діють на мітоз, тобто вони є антимітотичними сполуками.
Під час профази ядерна мембрана та ядерце зникають, і певна кількість хромосом, що складаються з 2 хроматид, з’єднаних звуженням під назвою центромера, стає очевидною. Кожна хроматида - це довга нитка ДНК. Під час метафази веретено стає видимим, куди через центромеру вставляються хромосоми, які рухаються, поки не знаходяться на екваторі веретена. Під час анафази центромера ділиться, і кожна хромосома розділяється на свої дві хроматиди. Центромери просуваються по волокнах веретена в протилежних напрямках, кожна тягне за собою хроматиду. Нарешті, під час телофази хроматиди деконденсуються, ядерна мембрана навколо кожного набору хромосом відновлюється, і відбувається поділ цитоплазми. Щоб зрозуміти дію паклітакселу, важливо знати, як формується і руйнується мітотичне веретено, оскільки ця клітинна структура має велике значення під час проліферації клітин. Якщо неможливо сформувати веретено, клітини не зможуть дублюватися, запобігаючи таким чином їх розмноженню.
Мітотичне веретено складається з мікротрубочок, які є трубками, що складаються з комбінації 2 типів білків: a-тубуліну та b-тубуліну (рис. 2). Ці білки утворюють гетеродимери ab, здатні групуватися в полімери (мікротрубочки) у присутності інших білків, званих MAP (білок, асоційований з мікротрубочками), GTP та Mg 2+. Мікротрубочки мають два кінці. В одному з них, ідентифікованому з математичним знаком (-), тут починається зародження, а в іншому (+) росте мікротрубочка. Як тільки ріст мікротрубочок розпочався, він набуває циліндричного вигляду, діаметром близько 25 нм, з 13 протофіламентами, які утворюють коло мікротрубочки.
Рис. 2. Механізм полімеризації мікротрубочок. У нижній частині діаграми показано модифікацію мікротрубочок у присутності паклітакселу.
Мікротрубочки - це динамічні структури, що означає, що їх можна подовжувати, додаючи більше гетеродимерів (тубулін-GTP) на кінці (+); але їх також можна скоротити (якщо ГТФ гідролізується) і гетеродимери (тубулін-ВВП) можна вивільнити з (-) кінця. Під час інтерфази мікротрубочки утворюють мережу від центру по всій цитоплазмі, але з початком мітозу мікротрубочки розпадаються, утворюючи мітотичне веретено. В цей час мікрофіламенти перебувають у незвичному стані швидкого збирання та розбирання, що пояснює надзвичайну чутливість веретена до різних сполук, які зв’язуються з тубуліном.
ВІДКРИТТЯ ПАКЛІТАКСЕЛУ Є ЩО ІНШИМ ПРИКЛАДОМ ВАЖЛИВОСТІ ЗБЕРЕЖЕННЯ БІОРІЗНОМІЧНОСТІ НАШОЇ ПЛАНЕТИ, ЩО ЗМИНЕННІ ВИДИ МОЖУТЬ ЗНАЙТИ КЛЮЧ ДО РОЗВИТКУ НЕБЕЗПЕЧНИХ ФАРМАКОСІВ
Протипухлинні препарати, що відповідають за вплив на динаміку мікротрубочок або зв'язування з тубуліном, називаються антимітотичними препаратами, оскільки вони змінюють нормальну роботу мітотичного веретена. Серед цих антимітотиків виділяються препарати, відповідальні за інгібування збірки мікротрубочок (сімейства колхіцину та вінбластину), та ті, що відповідають за сприяння зв'язуванню та стабілізації мікротрубочок (сімейство паклітакселів).
Колхіцин, алкалоїд, що видобувається з дикого шафрану, зв’язується з гетеродимером і перешкоджає його полімеризації, тому неможливо сформувати мітотичне веретено. Спосіб дії паклітакселу також запобігає утворенню мітотичного веретена, але в цьому випадку викликає утворення занадто довгого полімеру. Паклітаксел зв'язується з b-тубуліном, тим самим сприяючи утворенню довгих полімерів, навіть за наявності ВВП, який не можна скоротити. Мікротрубочка, стабілізована паклітакселом, має 12 протофіламентів (замість звичайних 13 протофіламентів) і діаметр менше нормального (22 нм). Стабілізація мікротрубочок викликає втрату функції веретена, як наслідок зупинку клітинного циклу в переході метафаза/анафаза і, нарешті, загибель клітини.
Паклітаксел - ізопреноїдна сполука. Ізопреноїди - це складне сімейство сполук (на сьогодні їх ідентифіковано понад 35 000), які представляють найрізноманітніші структури та функції. Однак, незважаючи на велику різноманітність, усі ізопреноїди отримані з двох загальних структурних попередників з п’яти атомів вуглецю - ізопентеніл-дифосфату та його ізомеру - диметилалілдіфосфату (рис. 3).
Рис. 3. Спрощена схема біосинтезу паклітакселу із ізопентенилдифосфату та диметилдифосфату. Паклітаксел синтезується з GGPP, що утворюється в хлоропластах шляхом метаболічного шляху метилеритритолфосфату (MEP).
Центральний скелет молекули паклітакселу - це ізопреноїдне таксанове кільце, отримане з геранілгеранілфосфату (GGPP), загального попередника 20-вуглецевих ізопреноїдів (дитерпенів), включаючи такі сполуки, як каротиноїди. ріст і розвиток рослин.
Першим конкретним етапом біосинтезу паклітакселу є циклізація GGPP до таксонів-4 (5), 11 (12) -дієну, реакція, що каталізується ферментом таксадієнсинтазою. Згодом скелет таксану окисно модифікується в процесі, який проходить приблизно за десять стадій і дає баккатин III. На останніх стадіях шляху синтезу паклітакселу відбувається зв’язування бічного ланцюга N-бензоїл-3-фенілізосерину.
Незважаючи на його зацікавленість як хіміотерапевтичного засобу, використання паклітакселу було обмежено внаслідок обмежень щодо доступності, спричинених труднощами з його отриманням. Сюди входять його низька концентрація в корі тису (0,007% від сухої маси) і висока вартість процесу екстракції. Таким чином, потрібно отримати близько 750 дерев, щоб отримати 1 кг паклітакселу. Крім того, як уже зазначалося, тис - це дуже повільно зростаюче дерево, якому потрібно близько 70 років, щоб досягти 7-9 м у висоту і 25 см у діаметрі, необхідних для правильної експлуатації кори. До цього слід додати, що вибірка тису без розбору може спричинити швидке вимирання виду, в той же час, що це загрожує природному джерелу самого паклітакселу. Дефіцит і труднощі з вилученням паклітакселу з природного джерела призводять до того, що сполука має дуже високу ціну, і це призвело до пошуку альтернативних джерел для її отримання.
Одним з них є хімічний синтез, хоча він складний, трудомісткий і комерційно не вигідний через високі витрати на процес. В даний час альтернативою для отримання паклітакселу та аналогічних сполук є напівсинтез від посередників шляху біосинтезу, таких як баккатин III та 10-деацетил-баккатин III, набагато доступніший, оскільки вони присутні в різних видах таксу O у відновлюваних тканинах, таких як листя або плоди, і збирання яких не вимагає років вирощування або не порушує їх життєздатність. При цьому типі енантіоселективного синтезу було досягнуто виходу до 75%.
Також шукаються структурні аналоги паклітакселу, які могли б мати подібний вплив на мікротрубочки і які могли б покращити фармакологічні властивості паклітакселу. Серед них виділяється доцетаксел (рис. 4).