k2c18cx
1. Introducere

S-a constatat ca un numar mare de imbolnaviri sunt asociate cu modificari ale concentratiei ionilor metalici din tesuturi sau fluide. Concentratiile normale sunt mentinute printr-un sistem complex de control.
Rolul metalelor in organism poate fi considerat din punct de vedere al surplusului (intoxicatii) , perturbari in sistemele de control (perturbari metabolice), insuficiente (imbolnaviri, uneori cu caracter genetic).
Influentarea sistemelor de control a ionilor metalici conduce la imbolnaviri, uneori ireversibile din necunoasterea cauzei.
Combinatiile complexe au un rol determinant si in activitatea medicamentoasa. In general, medicamentele stabilesc interactiuni la nivelul celulei.
Domeniul chimioterapiei cancerului a evoluat mul in ultimii ani, un numar mare de noi substante naturale sau de sinteza fiind testate in acest scop.
Substantele medicamentoase eficace in neoplasmele umane si experimentale au, in general proprietati chelatoare sau sunt usor metabolizate cu compusi cu astfel de proprietat. Multe dintre ele interactioneaza cu acizii nucleici, inhiband sinteza ADN, ceea ce explica modul lor general de actiune.
In scopul clinic, au fost utilizati antimetabolitii, agentii alchilanti, unii produsi naturali (alcaloizi sau antibiotice) si hormoni steroizi.
Antimetabolitii prezinta o structura asemanatoare cu diferiti metaboliti normali cu care intra in competitie. Cei mai importanti antimetaboliti sunt cei analogi acidului folic, bazelor purinice, bazelor pirimidinice
Agentii alchilanti, azotiperitele, etileniminele si derivatii entersulfonici sunt substante donoare de grupari alchil reactive , cu care blocheaza grupari biologic active ale proteinelor si nucleoproteinelor esentiale metabolismului normal al celulelor.
Hormonii estrogeni, androgeni si steroizii corticosuprarenali sunt eficace fata de tesuturile a caror crestere este anormala sub control hormonal.
Substantele anticancerigene ca agentii de chelare manifesta de obicei o afinitate superioara fata de unele metale cancerigene (anormale) existente in organism. Deoarece selectivitatea este redusa, ele pot inactiva si unele enzime necesare cresterii rapide sau anormale a celulelor.
Utilizand 6 mercaptopurina ca ligand a unor ioni metalici mai ales a Pt(II) si Pt(IV) au fost sintetizate combinatii complexe cu actiune citostatica. Se presupune ca, in urma actiunii lor asupra virusurilor, se elibereaza ligandul biologic activ, care inhiba in continuare cresterea celulelor.
Implicarea compusilor de coordinatie in aceste fenomene are drept justificare faptul ca diferite parti ale virusurilor reprezinta agenti de chelare, care pot inlocui liganzii in compusii de coordinare. Chiar o alterare minora de acest gen, va conduce aproape sigur la reducerea sau la eliminarea patogenitatii virale.
O alternativa este introducerea unui ion metalic in vecinatatea virusului astfel incat sa poata avea loc complexarea.
O alta cale este utilizarea liganzilor care poseda o activitate antitumorala.
In ceea ce priveste explicarea actiunii antitumorale dupa formarea ligandului, ar avea loc dezactivarea ionilor metalelor cu actiune cancerigena sau a enzimelor necesare cresterii rapide atat a celulelor sanatoase cat si a celor maligne.
Configuratia spatiala a ligandului cu actiune anticancerigena constituie un factor important in ceea ce priveste actiunea sa farmacologica.

2. Combinatii coordinative cu activitate antitumorala

Activitatea antitumorala a combinatiilor coordinatice ale Pt(II) pare a fi limitata la cele de tipul aPtA2X2i, neutru din punct de vedere electric caracteristica izomerilor cis.
Combinatiile coordinative ale Pt(II) cu sarcina electrica sunt incative, chiar daca liganzii sunt usor schimbabili.
Activitatea antitumorala a complecsilor Pt(II) , de tipul aPtA2X2i depinde de natura liganzilor. Cele mai bune rezultate au fost obtinute cu Cl- si Br-, liganzi anionici monodentati cu capacitate de schimb intermediara si cu anionii oxalat, malonat, liganzi carboxilati bidentati. In ceea ce priveste natura anionilor cu molecule de amoniac si de diamine ciclice saturate in ceea ce priveste pe cea a aminelor.
Prin urmare, cis-diclorodiaminoplatina (II), cis aPt(NH3)2Cl2i cuoscuta si sub denumirea de Sarea lui Peyrone, introdusa in terapeutica de catre Rosenberg si Van Camp prezinta cea mai ridicata activitate antitumorala.
Din 1978, cis platinul ca preparat unic sau combinat cu alte citostatice (vinblastinul, bloemicina, adriamicina, ciclofosfamid) a fost folosit in tratamentul carcinoamenlor ovariene, pulmonare, ale vezicii si zona cap-gat.
Cele mai frecvente efecte seundare ce apar in terapia cu cis-platin sunt afectarea zonei gastrointestinale (aparitia de greturi si stari de voma) si a rinichilor, datorita inhibarii enzimatice prin coordinarea platinei la gruparile sulfhidrice ale proteinelor. De aceea, se recomanda administrarea unor combinatii cu sulf ca N-etilditiocarbamatul de sodiu, tiouree si chiar diuretice ce impiedica legarea platinei la atomii de sulf ai proteinelor.
Odata descoperit un medicament cu proprietati terapeutice benefice pentru o anumita boala cercetatorii cauta sa-i imbunatateasca mereu performantele. Acest lucru este posibil prin sinteza si studiul compusilor analogi (medicamentelor de a doua generatie).
Analogii, pot fi capabili sa imbunatateasca eficacitatea medicamentului de referinta datorita faptului ca o concentratie mai mica de medicament poate produce acelasi efect. Pe de alta parte, proprietatile toxicologice ale medicamentului pot fi mult imbunatatite. Deci analogii pot avea efecte toxice secundare mai putine decat produsul de baza.
In al doilea rand, medicamentele de generatia a doua pot fi utilizati in tratamentul cazurilor in care s-a manifestat o rezistenta la medicamentul original.
In functie de profilul toxicologic si eficacitatea acestor medicamente de generatia a doua se pot obtine prin studiu si sinteza analogi ai acestor tip de medicamente. Acest din urma analog poarta denumirea de medicament de generatia a treia.
Au fost sintetizati multi analogi ai cis platinului, unii produc aceleasi efecte terapeutice ca si cis paltinul dar sunt necesare cantitati mult mai mici si prezinta efecte secundare mai mici.
Trei dintre acesti analogi sunt craboplatinul, spiroplatinul si iproplatinul a caror structura este indicata mai jos.

Carboplatinul s-a dovedit a fi cel mai eficace dintre acesti trei analogi si a fost aprobat pentru a fi folosit in tratamentul cancerului ovarian.
Carboplatinul si cis platinul formeaza un un aduct identic cu DNA-ul si are prezinta activitati similare impotriva tumorilor ovariene, pulmonare. Carboplatinul este mai putin toxic pentru sistemul nervos periferic si pentru rinichi. Toxicitatea scazuta se datoreaza structurii carboplatinului. Prezenta ligandului dicarboxilat bidentat indicat mai jos, conduce la incetinirea degradarii carboplatinului in derivati greu metabolizabili.
Intr-adevar, timpul de injumatatite a carboplatinului la 37°C in plasma sanguina este de 30 ore pe cand a cisplatinului este 1,5-3,6 ore. Toxicitatea scazuta a carboplatinului si activitatea acestuia asupra unor tumori rezistente la actiunea cisplatinului au condus la utilizarea carboplatinului.
Alaturi de carboplatin si alti analogi de generatia a doua, s-au sintetizat medicamente de a treia generatie. Acesti compusi au structura indicata mai jos iar cea mai mare realizare a acestor compusi fata de cisplatin a fost ca acesti analogi pot fi administrati oral, in comparatie cu cis platinul care este administrat intravenos.
Acesti complecsi sunt suficient de stabili pentru trece prin tractul digestiv. Ei traverseaza mucoasa gastrointestinala si trec in circuitul sanguin. Dupa absorbtia sanguina acesti compusi sunt metabolizati pentru a forma analogi Pt(II) tetracoordinati ai cisplatinului. Aceste combinatii complexe reprezinta forma activa a medicamentului.
Au mai fost testati analogi complecsi hexacoordianti ai Pt(IV) folosind sase linii celulare de cancer ovarian uman. Cercetatorii au descoperit ca pe masura ce marimea restului R din ligand creste, cu atat complecsii devin mai eficienti in distrugerea celulelor canceroase.
Cercetatorii considera ca aceste medicamente de a treia generatie sunt mult mai eficace decat cis platinul pentur ca acestia se acumuleaza in celula in concentratii mai mari decat cis-platinul.

3. Complecsi ai Pt(II)

Proprietatile unui medicament depind de structura intregii molecule sau a unei anumite parti capabil sa se combine cu un centru receptor.

In figura de mai jos sunt ilustrate structurile unor complecsi ai platinei.

Din figura de mai sus, putem sa stabilim o serie de corelatii structura reactivitate:
-combinatiile octaedrice ale Pt(IV) prezinta activitate citostatica mai redusa decat cele plan patrate ale Pt(II), se presupune ca speciile ce contin Pt(IV) sunt reduse in vivo la derivati ai Pt(II).
-activitatea citostatica a fost pusa in evidenta numai la combinatiile cu configuratie cis, izomerii trans aparand ca inactivi.
-complexul trebuie sa contina doua grupari nelabile sub forma de doi liganzi monodentati sau un ligand bidentat
-ligandul clor se comporta ca un membru activ pe cand legaturile amina-platina sunt foarte stabile si inerte la atacul nucleofilc
-liganzii amina ca grupari nelabile trebuie sa contina o jonctiune N-H si prin acesta , posibilitatea de a forma punti de hidrogen
-speciile neutre nu au dat dovada de activitate antitumorala, chiar daca s-a respectat criteriul de labilitate. Acest fapt este adesea corelat si cu transportul prin membranele celulare si cu imposibilitatea de a atinge concentratiile dorite.

4. Distributia celulara a cis platinului

Cis platinul este administrat intravenos sub forma de solutie NaCl 0.9% sterila. Odata ajuns in circulatia sanguina, el ramane intact datorita concentratiei relativ crescute de ioni de Cl-(I100mM). Compusul neutru intra apoi in celula atat prin difuzie pasiva cat si prin distributie celulara. In celula, molecula neutra de cis platin sufera un proces de hidroliza in care ligandul Cl este inlocuit cu o molecula de apa generand specii cu sarcina pozitiva.
Hidroliza decurge in interiorul celulei la concentratii mult mai mici ale ionului clorura (3-20 mM) -;si deci la concentratii mai mari de apa.

In interiorul celulei: aPtII(NH3)2Cl2i + H2O -> a PtII(NH3)2Cl(H2O)i+ + Cl aPtII(NH3)2Cl(H2O)i+ + H2O -> aPtII(NH3)2(H2O)2i2+

Asa cum este indicat in figura de mai sus, odata intrat in celula cis platinul are mai multe tinte potentiale: ADN,ARN, enzimele care contin sulf ca de exemplu metalotioneina sau glutationul; si mitocondria.
Efectele ADN in mitocondrie nu sunt inca bine elucidate, dar este posibil ca efectele asupra ADN mitocondrial ale cis platinului sa conduca la moartea celulara.
Interactiunea cis platinului cu enzimele care contin sulf este mai bine inteles. Se considera ca aceste enzime sunt implicate in rezistenta celulara la cis platin.
Efectele cis platinului asupra ARN si ADN au fost studiate pe larg.
4.1. Interactiile cis platinului cu ARN

Desi cis platinul poate forma un compus coordinativ cu ARN, nu se considera ca aceasta interactie joaca un rol important in mecanismul de actiune in organism al cis platinului din doua motive.
Primul, o singura molecula de ARN afectata poate fi rapid inlocuita de una nou sintetizata; studiile au indicat ca cis platinul nu afecteaza sinteza ARN (dar afecteaza sinteza ADN).
In al doilea rand, administrarea in vitro a cis platinului in doze letale unor celule tumorale a condus la concluzia ca numai o mica fractiune (1 pana la 10%) din moleculele de ARN au fost afectate.

4.2. Interactia cis platinului cu ADN

Cis platinul formeaza combinatii coordinatice cu ADN in principal prin intermediul anumitor atomi de azot din perechile de baza ale ADN. Acesti atomi de azot (in special atomul N7 a purinelor) sunt liberi sa se coordineze cu cis platinul pentru ca ei nu participa la formarea legaturilor de hidrogen cu alte baze ale moleculelor de ADN.
Se pot forma multe tipuri de aducti sau combinatii complexe cis platin-ADN. Cele mai importante dintre acestea, par sa fie cele in care 2 liganzi Cl ai cis platinului sunt inlocuiti de atomi de azot purinici din baze adiacente ale aceleiasi catene de ADN.
(a) Bazele purinice implicate in mod normal in formarea acestor aducti sunt guaninele. S-au evidentiat insa si aducti care implica o molecula de G si una de A.
Tinand seama de geometria sa, trans-DDP nu poate forma aducti 1,2 intracatenari. De aici reiese si caracterul inactiv in eliminarea celulelor canceroase. Se considera ca tocmai formarea acestor coordinari 1,2 intracatenare sunt importante pentru activitatea anticanceroasa a cis platinului.
Am evidentiat modul de legare al cis platinului la ADN sa observam acum cum acesta conduce la moartea celulara programata (apoptoza). Cercetatorii au observat ca legarea cisplatinului la ADN afecteaza atat replicarea cat si transcriptia ADN, precum si mecanismele de repararea a ADN.
Au fost studiate efectele cis platinului cat si ale trans-platinului asupra replicarii ADN atat in vitro (folosind extracte celulare din organismul gazda) cat si in vivo (in organismul gazda).
Studiile in vitro efectuate asupra celulelor procariote cat si asupra eukariotelor au evidentiat ca atat cis platinul cat si transplatinul actioneaza asupra ADN polimerazei (enzima implicata in procesul de replicare).

In mod particular, aductii 1,2 intracatenari ai cisplatinului cu ADN au stopat functiile nu numai a ADN polimerazei ci a tuturor polimerazelor. In mod identic, studiile in vivo au evidentiat ca cis DDP cat si transDDP inhiba replicarea in egala masura- Alte studii au aratat insa ca cis-DDP este un agent antitumoral efectiv, pe cand trans-DDP nu. Aceste rezultate sugereaza ca replicarea ADN nu este singurul factor important pentru activitatea clinica a cis-DDP in distrugerea celulelor tumorale.
Efectele cis-DDP si trans-DDP sunt mult mai greu de interpretat decat efectele asupra replicarii. Oricum, cis-DDP nu pare sa inhibe transcriptia, in acest fel conducand probabil catre apoptoza.

4.3. Cis platinul si repararea ADN

Activitatea citotoxica a cisplatinului poate proveni din imposibilitatea celulei de a repara moleculele de ADN afectate. Intr-adevar studiile in vitro asupra extractelor celulare au evidentiat ca cei mai intalniti aducti cisplatin-ADN (aductii 1,2 intracatenari) nu sunt eliminati prin reparare. Acest proces ar trebui sa aiba loc prin intermediul sistemului de reparare prin excizie.
Este oarecum periculos sa tragem prea multe concluzii din aceste studii datorita faptului ca in organism pot apare procese de reparare care nu sunt evidentiate in studiile efectuate pe culturile celulare.

4.4. Interactiunea proteinelor celulare cu Cisplatin-ADN

Cercetatorii au coordonat mai multe studii pentru a observa daca activitatea citotoxica a cisplatinului poate rezulta dintr-o „cadere” a sistemului de reparare prin excizie.
In acest sistem de reparare, inainte ca portiunea din catena de ADN defecta sa fie excizata, este necesar ca aceasta trebuie sa fie recunoscuta de catre celula Celula detecteaza catena de ADN defecta prin actiunea proteinelor de recunoastere. Deci ca un prim pas in studierea sistemului de reparare prin excizie cercetatorii au urmarit evidentierea proteinelor atasate aductilor cisplatin-ADN.
Exista mai multe metode de diferentiere a ADN legat de proteina sau a ADN liber. Cercetatorii au folosit aceste metode pentru a izola proteinele care se leaga tocmai de acesti aducti. Aceste proteine contin toate o portiune comuna (care prezinta secvente de aminoacizi similare sau chiar identice) numita grup cu mobilitate crescuta (HMG). Proteinele din aceasta clasa se numesc proteine cu domeniu-HMG. Metodele de mai sus au aratat ca aceste proteine leaga aductii cisplatin-ADN in vitro.
Determinarile in vivo au evidentiat ca proteinele cu domenii HMG sunt importante pentru activitatea cis platinului. In absenta genei care codifica pentru aceste proteine HMG celulele devin mai putin sensibile la cis platin decat celulele poseda aceasta gena insemnand ca cis platinul este mai neeficace in uciderea acestor celule.
Aceste rezultate sugereaza ca proteinele HMG joaca un rol important in activitatea citotoxica.
Exista doua teorii care explica rolul proteinelor HMG in activitatea cisplatinului. Multe din aceste proteine sunt factori de transcriptie, deci ei sunt necesari pentru sinteza ARN din catena ADN.
O teorie spune ca, daca factorii de trancriptie ce contin regiun HGM se leaga preferential la aductii cisplatin-ADN, atunci acestia pot dezordona intregul mecanism de transcriptie.
A doua teorie sugereaza ca proteinele HMG se leaga la aducti- Aductii nu mai pot fi recunoscuti pentru reparare. In acest caz, repararea ADN ului este incetinita.
Deci, aductul cisplatinum-ADN este mai persistent decat ar fi in absenta proteinelor HMG, iar repararea este mul incetinita.
Aceste procese interfera cu functiile celulare normale (printre ele replicarea si transcriptia) si devin cauza mortii celulare.
In afara de activitatea antitumorala, cis platinul a dovedit a fi un bunt agent antiviral. S-a presupus ca virusurile sunt singurii agensi care transforma celulele normale in celule tumorale, dar totodata s-a constatat ca particulele virale sunt rareori regasite in celulele tumorilor, ceea ce ar conduce la concluzia ca transformarea are loc dupa infectia virala prin imprimarea caracterului viral celulor normale.
Incercand o mutatie la celulele mamiferelor, putem presupune ca leziunile primare ale ADN provocate de complecsii platinici actioneaza eliberand genomul viral. Aceasta duce la multiplicarea activa a particulelor virale care pot sau nu avea defecte.
Modificarea survine in sistemul imunologic care va fi stimulat sa produca anticorpi impotriva celulelor tumorale.
S-ar putea ca prin eliminarea genomului viral si a particulelor virale fara distrugerea celulelor care le-au continut celulele sa revina la starea normala; aceste presupuneri sunt posibile dar insuficient studiate.

In prezent, directiile de cercetare urmaresc obtinerea de complecsi cu activitate anticancer performanta pe baza parametrilor fizici, chimici si structurali.