Kanser Tedavisinde İlaç Hedeflemede Ön İlaç: Kumarin-Gemtabisin-Biotin Konjugatı
Mustafa Öksüz-Marmara Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi
Kanser vücudun herhangi bir yerinde gelişebilir. Hastalık, hücrelerin kontrolsüz çoğalması ve normal hücrelere yer bırakmaması ile başlar. Bu, vücudun olması gerektiği gibi çalışmasını zorlaştırır. Kanser, birçok kişide oldukça iyi tedavi edilebilen bir rahatsızlıktır. Gerçekte, artık hiç olmadığı kadar çok hasta kanser tedavisinden sonra hayatına devam etmektedir. Yıllardır uygulanan tedaviler oldukça başarılı olsa da antikanser ajanların vücut hücrelerine karşı seçici özelliğinin olmaması hastanın tedaviye olan uyuncunu ve tedavinin etkinliğini oldukça önemli derecede etkilemektedir. Bu seçici durumun güncel tedavilerde olmaması araştırmacıları hedef tümör molekülüne seçiciliği olan, tümör molekülüne özgü ajanların geliştirilmesine yönelmiştir. Bu ilaç hedefleme çalışmaları son dönemde popülerlik kazanan çalışma alanlarından olmuştur.
Kanser tedavisinde ilaç hedefleme çalışmalarında en temel problemlerden biri hastaya verilen taşıyıcı sistemin vücutta farmakokinetik ve farmakodinamik davranışlarının takip edilememesi olmuştur. Taşıyıcı sistemlerin takipleri üzerine çeşitli moleküller geliştirilse de istenilen ölçütte başarılı olmamıştır. Kumarinlerin fizikokimyasal özelliği kullanılarak hedefe özgü ilaç geliştirilmesi fikri kanser tedavisinde yeni bir pencere açılması açısından güzel bir fikir olarak kabul edilmeye başlanmıştır. Bu kabulün fizyolojik sistemdeki karşılığını merak eden araştırmacılar, geliştirdikleri bir prodrug sistemi olan gemsitabin-kumarin-biyotin konjugatının(Prob5) tasarımı, sentezi, spektroskopik karakterizasyonu ve in vitro biyolojik değerlendirmesini kısa olarak anlatacağım.
Bu sistem üzerinde yapılan çalışmayı açıklamadan önce kumarinler ve kanserde ilaç hedefleme üzerine fikir sahibi olmakta fayda olacağını düşünüyorum.
Kumarinler 1820'de Vogel tarafından Tonka fasulyesinden (Coumarouna odorata) izole edilen bir polifenolik bileşik grubudur. Kumarinler renksiz ve kristalli fitokimyasal maddelerdir. Serbest ya da glikozla kombine halde bulunan, bir piron ve benzen halkasının kondanse olmasıyla oluşan benzopiron ailesine ait oksijensiz heterosiklik bileşiklerdir. (Şekil 1). Kumarinler, bitki dünyasında çok geniş bir tür skalasında ve bitkinin meyve, kök, gövde ve yapraklarında yer alır. Kumarin açısından en zengin familyalar, Rutaceae ve Umbelliferae familyalarıdır. Basit, furano, pirono ve bis kumarinler olarak 4 alt başlıkta sınıflandırılan bu heterosiklik bileşikler, farmakolojik ya da formülasyonlarda stabilite sağlayıcı etkilerinden dolayı eczacılık ve kozmetik alanın da kullanılmaktadırlar. (Alt başlıklarının isimleri,gruba örnek ve farmakolojik aktiviteleri tablo 1’de gösterilmiştir.) Kumarinler fizikokimyasal özellikler açısından kokulu, alkol ve organik çözücülerde çözünebilen bileşiklerdir ve günümüzdeki kanser tedavisinde hücre hedefleme çalışmalarına da ışık tutan özellikleri UV ışık altında mavi veya yeşil floresen göstererek kromotografide tanınabilmeleridir. Bu çalışmanın detayına inmeden önce kanserde ilaç hedeflemeye de değinmekte fayda vardır.
Kanser hücrelerinin bağışıklık sisteminden çok iyi saklanarak ilerleme şansı bulmasından dolayı, uygulanan tedavi yönteminin bu hücreleri sağlıklı olanlardan ayırması beklenir. Hedeflemede amaç kanserli hücrelerin büyümesi ve yayılmasında rol oynayan belli moleküllerin engellenmesiyle kanserin durdurulmasıdır. Bu yaklaşım geleneksel kemoterapiden farklık gösterir. Çünkü kemoterapi, hastalıklı hücreler üzerinde etki gösterirken sağlıklı olanlara da zarar verir. Kanserde ilaç hedeflenmesini nanoteknolojik yaklaşımı da düşünerek iki gruba ayırabiliriz.Doğrudan hedefleme olarak isimlendirebileceğimiz türde küçük molekül inhibitörler ve monoklonal antikorlar hastaya direk uygulanır. Dolaylı hedeflemede ise ilaç yüklenmiş nanotaşıyıcılar, hedefleyici ajanlar ile birlikte kullanılır. Şimdi bu yaklaşımları yakından inceleyelim.
Doğrudan hedefleme
Hedeflenmiş tedavide kanserin ilerlemesi tümör büyüme ve gelişmesi için gerekli spesifik moleküllerin engellenmesi ile bloke edilir. Bu moleküllerden bazıları normal dokularda bulunan moleküller olmasına karşın, tümör hücrelerinde miktar olarak daha fazla sayıda veya mutasyona uğramış olabilirler. Hedeflenmiş kanser ajanları genel olarak monoklonal antikorlar ve küçük molekül inhibitörler olarak sınıflandırılır.
Hedeflenmiş kanser tedavisinde monoklonal antikorlar hücre yüzeyindeki antijenlere bağlanırlar. Tirozin kinaz aktivitesi gösteren küçük molekül inhibitörler ise hücre içi moleküllere bağlanarak tümör hücrelerini hedeflemiş olurlar.
Küçük molekül inhibitörler tümör büyümesi ve fonksiyonunda gerekli olan spesifik molekülleri inhibe eden tipte moleküllerdir. Bu inhibitörler için en dikkat çeken hedef, reseptör tirozin kinazlardır. Bu tür küçük molekül inhibitörler hücre içi tirozin kinaz sinyal iletimine müdahele ederek hücresel prosesleri engellerler.
Nanotaşıyıcılar ile (dolaylı) hedefleme
Nanoteknoloji sahip olduğu üstünlükler ile sağlıklı doku ile kanserli olanın birbirinden ayırt edilme özelliğine sahip sistemlerin geliştirilmesi ile ilgili önemli potansiyele sahiptir. Nanotaşıyıcıların ilaç salım sistemlerinde uygulanmasının çok sayıda avantajı bulunur. Kanser ilaçlarının salımında, özellikle ilaçların toksik etkisini azaltmak ve çoklu ilaç dirençliliğinin önüne geçmek gibi çok önemli iki etki sebebiyle tercih edilirler. Bu amaçla geliştirilen lipid, polimer ve inorganik bazlı olmak üzere farklı nanotaşıyıcı tipleri vardır. Polimerik nanopartiküller, polimerik miseller, dendrimerler, polimerzomlar, polimerik konjugatlar, lipozomlar, karbon nanotüpler, altın nanopartiküller en yaygın çalışılan nanotaşıyıcı türleridir. Şimdiye kadar yapılan çalışmalardan alınan sonuçlar ışığında kanser ilacı yüklenmiş nanotaşıyıcıların hedeflenmesi ile daha yüksek seçiciklikte tedavi alternatifleri ortaya çıkmıştır. anserde hedefleme için tümöre etkin şekilde ulaşmak gerekir. Nanotaşıyıcı tasarlanırken tümör biyolojisinin dikkate alınması buna ulaşmak için çok önemli bir basamaktır.
Gerek tümör bölgesindeki damarsal yapıdaki farklılıklar, gerekse tümör hücreleri yüzey reseptörlerindeki değişiklikler taşıyıcı hazırlanırken göz önünde bulundurulan parametrelerdir ve bunun sonucu olarak pasif ve aktif hedefleme olarak adlandırılan yaklaşımlar ortaya çıkar. Bu şekilde, hem nanotaşıyıcının boyutundan dolayı tümör bölgesinde fiziksel olarak birikmesi sağlanır hem de direk hedeflemede bahsettiğimiz moleküler hedeflerin dahil edildiği bazı hedefleyici ajanlar nanotaşıyıcılara bağlanarak tümör öldürücü moleküllerin hedef bölgeye seçimli olarak daha yüksek miktarda ulaşması sağlanır.
Pasif hedefleme ve EPR etkisi nedir?
EPR (enhanced permeability retention-arttırılmış geçiş ve alıkonma) etkisi ile ilaç aktarımı “pasif hedefleme” olarak adlandırılır (Şekil 2)
Tümörlerin birçoğundaki damarsal geçirgenlik artan besin ve oksijen ihtiyacı sebebiyle daha yüksektir. Normal damar yapılarında 2 nm’den büyük moleküller sıkı bağlantılar nedeniyle endotel hücreler arasından geçemezler.
Tümör bölgesinde ise, bu sıkı bağlantı bölgeleri bozulduğundan dolayı, 10-500 nm arası boyuttaki makromoleküller dokuya geçebilir ve tümör dokusunda birikir. Bunun yanı sıra, bu bölgelerde bozulmuş lenfatik boşaltım nedeniyle de biriken moleküllerin sistem dışına çıkması zorlaşır.
Tümör bölgesindeki damarsal yapının bu özelliklerinden faydalanılarak pasif hedefleme gerçekleşir. Bu çok dikkat çekici özellik, tümör-hedefli kemoterapide bir dönüm noktası olarak kabul edilir ve antikanser ilaç geliştirilmesinde oldukça ümit vericidir.
Pasif hedefleme klinikte uygulama bulmuş olmasına karşın, bazı tümörlerde damar geçirgenlikleri farklı olduğundan EPR etkisi ile taşınım gerçekleşmeyebilir. Bu nedenle nanotaşıyıcının aktif hedeflenmesi yaklaşımı ortaya çıkmıştır.
Aktif hedefleme nedir?
Daha önce de belirtildiği gibi tümörün besin ihtiyacı sağlıklı dokuya göre daha da artar bu da hastalıklı doku ve hücrelerde farklı reseptörlerin sayısını arttırır. Tümörlü bölge genellikle sağlıklı ve kanserli hücrelerin bir karşımı şeklinde olduğundan, bunları ayırdedebilen nanotaşıyıcıların tasarımı çok büyük önem taşır. Aktif hedeflemede, nanotaşıyıcı tümör hücre yüzeylerinde veya damar bölgesinde sağlıklı hücrelere göre daha fazla miktarda bulunan reseptörleri tanıyacak spesifik hedefleyici ligandlar ile kaplanır. Bu şekilde antikanser ajanın sitotoksik etkisi arttırılmış, sağlıkı dokuya olan yan etkiler ise en aza indirilmiş olur. Nanotaşıyıcı üzerinde yapılan bu değişiklik aktif hedefleme sağlamakla birlikte, sitotoksik ilaçların tedavi edici etkisini arttırır ve çoklu ilaç dirençliliğini azaltır. Seçiciliğin artması için, yüzeyde bulunan antijen veya reseptörün normal hücrelere göre daha fazla sayıda olması gerekir. Nanotaşıyıcıya bağlı ligandın reseptörü ile bağlanması sonucu reseptör-aracılı endositoz ile hücreye alım gerçekleşebilir ki (Şekil 1) bu, ilacın hücre içine salınmasında çok önemlidir.
Prob 5, tiyole özgü ayrılabilir bir disülfür bağı, bir flüoresan raportör olarak bir kumarin parçası, bir model aktif ilaç olarak gemsitabin (GMC) ve bir kanser hedefleme birimi olarak biyotinden oluşan çok işlevli bir moleküldür.
Konfokal mikroskobik deneyler, 5'in WI38 hücreleri yerine tercihen A549 hücreleri tarafından alındığını ortaya koymaktadır. Lizozom ve endoplazmik retikulum seçici boyaları kullanan flüoresans esaslı kolokalizasyon çalışmaları, tiyolün neden olduğu 5-disülfit parçalanmasının lizozomda muhtemelen reseptör aracılı endositoz yoluyla gerçekleştiğini göstermektedir.
Mevcut ilaç verme sistemi, hem terapötik bir etkinin hem de ilaç alımının, iki foton floresan görüntüleme ile alt hücre seviyesinde kolayca izlenebildiği yeni bir terapötik ajandır.
Sonuç olarak, kanser günümüz dünyasının en önemli hastalılarından biri olduğu su götürmez bir gerçektir. Mevcut tedavilerin sıkıntılarını gidermek için farklı tedavi mekanizmaları bulunmaya çalışılmaktadır ve bu çalışmalar devam edecektir. Bu çalışma sonucunda güzel bir taşıyıcı sistem varlığı kanıtlanmanın yanında sentetik moleküllerle bitkilerden elde edilen moleküllerin kombine kullanımının ne kadar efektif olabileceği kanısı bir kez daha desteklenmiştir. Binlerce yıldır eczanemiz olan doğayı her ne kadar birkaç yüzyıldır uğramamış olsakta tekrardan dönmemiz gerektiği kanısı bir kez daha desteklenmiştir.
Doğanın reçetelerinden ilham alma dileklerimle….
Kaynakçalar
1) Perez-Herrero E, Fernandez-Medarde A. Advanced targeted therapies in cancer: Drug nanocarriers, the future of chemotherapy. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 2015: 93; 52–79.
2) Gerber D. Targeted Therapies: A New Generation of Cancer Treatments, American Family Physician. 2008; 77(3):311-319.
3) Tanner JE. Designing antibodies for oncology. Cancer Metastasis Rev. 2005; 24(4):585-598.
4) Imai K, Takaoka A. Comparing antibody and small-molecule therapies for cancer. Nat Rev Cancer. 2006; 6(9):714-727.
5) Matsumura Y, Maeda H. A new concept for macromolecular therapeutics in cancer chemotherapy: mechanism of tumoritropic accumulation of proteins and the antitumor agents. Cancer Res. 1986: 46; 6387–6392.
6) Fang J, Nakamura H, Maeda H. The EPR effect: Unique features of tumor blood vessels for drug delivery, fa ctors involved, and limitations and augmentation of the effect. Advanced Drug Delivery Reviews. 2011, 63, 136–151.
7) Peer D, Karp JM, Hong S, ve ark. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nature Nanotechnology. 2007: 2(12); 751-776.
8) Martinez-Carmona M, Colilla M, Vallet-Regí M. Smart Mesoporous Nanomaterials for Antitumor Therapy. Nanomaterials 2015: 5(4); 1906-1937.
9 )Steichen SD, Caldorera-Moore M, Peppas N. A review of current nanoparticle and targeting moieties for the delivery of cancer therapeutics, Eur. J. Pharm. Sci. 2013: 48; 416–427.
10) Rohini K1 * and Srikumar PS2: Therapeutic Role of Coumarins and Coumarin-Related Compounds J Thermodyn Catal 2014, 5:2
11) Sukhendu Maiti,Nayoung Park,Ji Hye Han,Hyun Mi Jeon,Jae Hong Lee,Sankarprasad Bhuniya,Chulhun Kang,Jong Seung Kim Gemcitabine–Coumarin–Biotin Conjugates: A Target Specific Theranostic Anticancer Prodrug: J. Am. Chem. Soc.2013135114567