02.2009 – „Natura w walce z nowotworami.”

 luty 2009, nr 30/8 online

 

NATURA W WALCE Z NOWOTWORAMI

 

   Rośliny oraz leki z nich otrzymywane stanowiły przez tysiące lat podstawę tradycyjnej medycyny, i nawet we współczesnej medycynie, dysponującej wielokrotnie bogatszą wiedzą i doświadczeniem, nadal zajmują ważne miejsce w terapii wielu schorzeń. Substancje pochodzenia naturalnego odegrały między innymi kluczową rolę w poszukiwaniach leków przeciwnowotworowych, właściwie, około 60% stosowanych obecnie leków onkologicznych zawdzięcza swe istnienie badaniom nad substancjami wyizolowanymi z roślin.
   Kluczową rolę w badaniach nad nowotworami odegrał Państwowy Instytut Onkologiczny (National Cancer Institute), założony w 1937 roku w USA. Do zadań NCI należy prowadzenie, rozwijanie i inspirowanie badań nad nowymi metodami leczenia tych chorób oraz poszukiwanie nowych leków o działaniu cytostatycznym. Instytut ten brał udział w wielu znaczących odkryciach w dziedzinie onkologii oraz w badaniu i opisywaniu cytotoksyczności wielu produktów naturalnych. Od 1950 roku NCI prowadzi program badań skriningowych ekstraktów roślinnych oraz wyizolowanych z nich składników w kierunku właściwości przeciwnowotworowych. O niezwykłej aktywności NCI świadczyć może fakt, że tylko w latach 1960 – 1982 przebadano na różnych liniach komórek nowotworowych 114000 ekstraktów z 35000 gatunków roślin. Obecnie projekt badań skriningowych IVCLSP (In Vitro Cell Line Screening Project) pozwala na przebadanie 3000 związków o potencjalnych właściwościach cytostatycznych w ciągu zaledwie jednego roku. NCI bardzo blisko współpracuje z uniwersytetami, instytutami badawczymi, ogrodami botanicznymi oraz innymi jednostkami zainteresowanymi udziałem w badaniach nad nowotworami.
   Ekstrakty oraz czyste związki są badane na 60 liniach komórek nowotworowych, m.in. białaczek, nowotworów piersi, płuc, jelita grubego, OUN, jajnika, prostaty oraz czerniaka. Linia komórek białaczki P388 (P388 Leukemia), bardzo wrażliwa na znane cytostatyki, jest stosowana w celu oceny, czy badany ekstrakt zawiera substancje przeciwnowotworowe. Następnym etapem jest testowanie wpływu na inne linie komórkowe, jak również poszukiwanie i izolacja odpowiedzialnych za tą aktywność składników oraz badanie ich toksyczności. Substancje syntetyczne i naturalne są badane w stężeniach od 10-4 M do 10-8 M. Wyniki decydują o zakwalifikowaniu do dalszych badań lub odrzuceniu. Do opisu aktywności badanych próbek wykorzystywane są określone parametry, jak GI50 (stężenie próbki, przy którym wzrost jest zahamowany o 50%), TGI (stężenie próbki, przy którym wzrost jest całkowicie zahamowany oraz LC50 (stężenie, przy którym 50% komórek zostaje zabitych). Parametry te pozwalają na ocenę właściwości przeciwnowotworowych, jak również na porównanie ich ze znanymi lekami cytostatycznymi.
   Największym sukcesem programu badań skrinigowych prowadzonego przez NCI było odkrycie cytostatycznych właściwości paklitakselu wyizolowanego z cisa Taxus brevifolia. Właściwości cytostatyczne ekstraktu z cisa stwierdzono w 1964 roku, zaś w 1969 r. wyizolowano składnik odpowiedzialny za to działanie, czyli właśnie paklitaksel. Strukturę chemiczną paklitakselu ustalono w 1971 r., a mechanizm działania wyjaśniono w 1979 r. W kolejnych latach prowadzono dalsze, intensywne badania, które zaowocowały przedstawieniem, w 1989 r. wyników pierwszych badań klinicznych. Pierwszy preparat zawierający pakliaksel został zarejestrowany w USA w 1993 roku. Ta długa, trwająca prawie 30 lat droga, prowadząca od stwierdzenia aktywności ekstraktu do wprowadzenia leku pokazuje, jak niesłychanie trudne są badania nad nowymi lekami onkologicznymi.
   Mechanizm działania paklitakselu polega na promowaniu tworzenia mikrotubuli i ich stabilizacji poprzez hamowanie depolimeryzacji, a w efekcie na zahamowaniu prawidłowej reorganizacji sieci mikrotubuli niezbędnej do prawidłowego funkcjonowania komórki w okresie interfazy i mitozy. Zaobserwowano również, że pobudza makrofagi do syntezy TNF, czyli czynnika nekrozy nowotworów, jak również interleukiny 1. Stosowany jest m.in. w leczeniu raka jajnika, raka piersi, niedrobnokomórkowego raka płuca, nowotworach głowy i szyi. Do lecznictwa wprowadzono również analog paklitakselu – docetaksel (półsyntetyczna pochodna 10-deacetylobakatyny III). Docetaksel w porównaniu z paklitakselem posiada 2 razy większą aktywność jako stabilizator mikrotubul oraz jako promotor gromadzenia się tubuliny
   Interesująca jest również historia badań nad pochodnymi kamptotecyny. Właściwości przeciwnowotworowe ekstraktów z tybetańskiego drzewa Camptotheca acuminata stwierdzone zostały w 1957 roku. Późniejsze badania pozwoliły na wyizolowanie składnika odpowiedzialnego za to działanie – kamptotecyny oraz określenie jej struktury (1966 r.), ale testy kliniczne przeprowadzone w latach 70 nie przyniosły zadowalających rezultatów i zostały przerwane. Dopiero odkrycie mechanizmu jej działania w 1985 roku wzbudziło ponowne zainteresowanie wykorzystaniem jej cytostatycznych właściwości i zaowocowało otrzymaniem półsyntetycznych analogów o silnych właściwościach przeciwnowotworowych, takich jak: irinotekan i topotekan, dopuszczonych do lecznictwa, oraz kilku nowszych pochodnych: 9-nitrokamptotecyny, karenitecyny, exatekanu, silatekanu, lurtotekanu, czy też MAG-CPT. Mechanizm działania pochodnych kamptotecyny polega na specyficznej inhibicji topoizomerazy I, co prowadzi do powstania jednoniciowych odcinków DNA, które blokują widełki replikacyjne. Pochodne kaptotecyny wykazują skuteczność w leczeniu raka jelita grubego, niedrobnokomórkowego i drobnokomórkowego raka płuca, a także raka szyjki macicy, jajnika, piersi, przełyku, żołądka, trzustki, wątroby, nerki oraz nowotworów złośliwych głowy i szyi.
   Ważnymi cytostatykami roślinnymi są lignany – pochodne podofilotoksyny, otrzymane ze stopkowca tarczowatego (Podophyllum peltatum, Berberidaceae) i stopkowca himalajskiego (Podophylum emodi). Etanolowe ekstrakty ze stopkowca, określane mianem podofiliny oraz żywica podofilowa uzyskiwana w wyniku strącenia alkoholowego wyciągu są stosowane w leczeniu zewnętrznym kłykcin kończystych (condylomata acuminata) wywoływanych przez wirusy brodawczaka ludzkiego – HPV, umiejscowionych w okolicach narządów płciowych u kobiet i mężczyzn, oraz miejscowo w niektórych nowotworach skóry i w leczeniu brodawek (verruca). Dawniej w recepturze aptecznej stosowano także sproszkowane kłącze stopkowca – Rhizoma Podophylli pulveratum. Podofilina jest środkiem silnie drażniącym o znacznej toksyczności ogólnoustrojowej, co ogranicza jej stosowanie.
   Właściwości przeciwrakowe ekstraktów ze stopkowca opisane zostały już w 1861 r. przez Roberta Bentleya z King’s College w Londynie. Podofilotoksynę wyizolowano w 1880 r., zaś jej strukturę opisano w 1932 r. Właściwości cytostatyczne podofilotoksyny polegają na wiązaniu z tubuliną i hamowaniu tworzenia mikrotubuli. Modyfikacja struktury tego lignanu doprowadziła do otrzymania aktywnych pochodnych, m.in. etylohydrazydu kwasu podofilinowego, jak również etopozydu i tenipozydu, zarejestrowanych jako leki cytostatyczne. Niezwykle interesujący jest fakt, że etopozyd i tenipozyd posiadają odmienny mechanizm działania, niż związek macierzysty, są mianowicie inhibitorami topoizomerazy II, hamują repilkację oraz procesy naprawcze DNA. Efekt ten jest odpowiedzialny za zatrzymanie podziału komórki w fazie S lub wczesnej fazie G2, w zależności od dawki leku. Leki te stosowane są w ostrej białaczce szpikowej i limfoblastycznej, chłoniakach nieziarniczych i ziarnicy złośliwej, nowotworach o.u.n. (glejako-mięsak, gwiaździak, wyściółczak), w raku drobnokomórkowym płuca, nowotworach zarodkowe jądra u mężczyzn, nowotworach jajnika, raku pęcherza moczowego, neuroblastomie oraz guzach litych wieku dziecięcego.
   Kolejną rośliną zawierającą związki o działaniu cytostatycznym jest barwinek różyczkowy (Catharanthus roseus G. Don). Alkaloidy barwinka – winblastyna i winkrystyna wiążą się z tubuliną blokując powstawanie mikrotubuli i tworzenie wrzeciona kariokinetycznego, a w rezultacie hamują proces mitozy na etapie metafazy. Opracowano również analogi alkaloidów Vinca – winorelbinę i windezynę, zarejestrowane już jako leki cytostatyczne oraz znajdującą się na etapie testów klinicznych winfluninę, półsyntetyczną pochodną winorelbiny. Alkaloidy Vinca posiadają jednakowy mechanizm działania, ale różnią się jego zakresem. Generalnie można powiedzieć, że są stosowane w leczeniu skojarzonym lub rzadziej w monterapii różnych typów nowotworów, głównie ziarnicy złośliwej i chłoniaków nieziarniczych, ostrych białaczkach, nowotworach jądra, nerwiaku zarodkowym, raku sutka, czerniaku złośliwym i guzie Wilmsa. Co ciekawe, ze względu na niezwykle skomplikowaną strukturę chemiczną, synteza alkaloidów Vinca jest nieopłacalna, dlatego są one pozyskiwane na drodze izolacji z upraw barwinka różyczkowego.
   Źródłem leków o właściwościach cytostatycznych są także mikroorganizmy. W lecznictwie stosowane są antybiotyki cytostatyczne z grupy bleomycyny (bleomycyna A2 i B2), aktynomycyny (daktynomydyna), mitomycyny oraz antracykliny (daunorubicyna, doksorubicyna oraz półsyntetyczne – idarubicyna, epirubicyna i pirarubicyna).
    Nowotwory są, obok chorób układu krążenia głównymi przyczynami przedwczesnych zgonów w Polsce i na Świecie. Ta sytuacja utrzymuje się pomimo znacznego postępu, jaki dokonał się w onkologii w ciągu ostatnich dziesięcioleci, wprowadzenia do lecznictwa nowych leków onkologicznych, schematów leczenia, nowoczesnych metod diagnostyki oraz poznania molekularnych podstaw karcynogenezy. Szerokie stosowanie leków cytostatycznych prowadzi ponadto do powstawania oporności komórek nowotworowych. Te czynniki w połączeniu z dużą toksycznością oraz znaczącymi działaniami niepożądanymi stosowanych leków wymuszają na naukowcach ciągłe poszukiwania nowych, skutecznych cytostatyków, których źródłem mogą być nowe, niezbadane do tej pory rośliny i mikroorganizmy.

Literatura