Pokroky ve využití organokovových sloučenin při vývoji protinádorových léčiv

Overview

Východiska: Organokovové sloučeniny jsou látky, které obsahují vazbu uhlík- kov. Z bio­logického hlediska jsou tyto sloučeniny všeobecně považovány za látky toxické pro živé organizmy. Díky tomu však současně vykazují terapeutický potenciál, především jako protinádorová nebo antimikrobiální léčiva. Jsou variabilní co do struktury, obvykle bez náboje a většinou mají lipofilní charakter. V oblasti medicíny se doposud nejvíce osvědčily deriváty platiny, především cisplatina, která je jednou z nejdéle používaných chemoterapeutických látek. Na její úspěchy se vědecká komunita snaží navázat syntézou dalších organokovových sloučenin vykazujících výraznější protinádorové účinky a současně nižší cytotoxicitu vůči zdravým tkáním. Velká pozornost je upínána zejména ke sloučeninám nesoucím atomy železa, titanu nebo ruthenia.

Cíl: V této práci jsme se zaměřili na popis nejdůležitějších sloučenin obsahujících ve své struktuře atomy železa, titanu nebo ruthenia, které by potenciálně mohly být využity při léčbě onkologických onemocnění, a zahrnuli jsme také mechanizmus účinku u ně­kte­rých podrobněji zkoumaných sloučenin. Uvedené sloučeniny byly úspěšně testovány v preklinických studiích vč. zvířecích modelů a ně­kte­ré byly testovány i v rámci klinických studií. Navzdory skutečnosti, že řada doposud testovaných organometalických látek v klinických hodnoceních neuspěla, stále je k dispozici několik kandidátů, u kterých se očekává postoupení do dalších fází klinických studií ať už samostatně, nebo jako součást kombinované chemoterapeutické léčby. Jedná se zejména o sloučeniny obsahující ruthenium, které mají vysoký potenciál použití díky své nízké cytotoxicitě, ale současně vysoké schopnosti inhibovat neoangiogenezi a tvorbu metastáz.

Klíčová slova:

rakovina – chemoterapie – léčiva – organometalické sloučeniny – titan – ruthenium

Úvod

Organokovové sloučeniny jsou obecně definovány jako látky nesoucí ve své molekule vazbu uhlík-kov. Tyto sloučeniny nacházejí široké uplatnění v chemické syntéze, neboť jsou značně reaktivní. Klasickým příkladem jsou tzv. Grignardovy (organohořečnaté) sloučeniny, které se připravují reakcí alkylhalogenidu s hořčíkem v bezvodém éteru a využívají se pro vnášení alkylového zbytku do molekuly například reakcí s karbonylovými sloučeninami. Organokovové sloučeniny jsou látky, které se vyskytují i přirozeně v přírodě, o čemž svědčí např. struktura vitamínu B₁₂ obsahující centrální atom kobaltu se čtyřmi atomy dusíku pyrrolových jader vázaných spolu do porfyrinového skeletu. Za správné určení struktury vitamínu B₁₂ byla v roce 1964 udělena Nobelova cena za chemii [1]. Přestože jsou syntetické organokovové sloučeniny obecně považovány za toxické, resp. nekompatibilní s bio­logickými systémy, jejich možný terapeutický potenciál, především jako protinádorových nebo antimikrobiálních léčiv, dlouhodobě přitahuje zájem organometalických chemiků. Tím spíš, že organokovové sloučeniny vykazují značnou strukturní variabilitu, obvykle jsou bez náboje a poměrně lipofilní. To vše je pak umocněno reálnou potřebou vývoje nových alternativních léčiv, která by v porovnání se stávajícími léky vykazovala vyšší účinnost a minimální nežádoucí účinky. Vybrané strukturní typy organokovových sloučenin, které prokázaly potenciál pro uplatnění v lékařské chemii, jsou znázorněny na obr. 1. V této práci jsme se zaměřili na bližší charakterizaci sloučenin obsahujících ve své struktuře železo (Fe), titan (Ti) a ruthenium (Ru).

Ferroceny

Ferroceny patří mezi tzv. metaloceny, tedy sloučeniny s obecným vzorcem (C₅R₅)₂M, které jsou tvořeny dvěma cyklo­pentadienylovými kruhy vázanými k atomu kovu, v tomto případě železnatému kationtu Fe²⁺. Bývají poměrně často používány při designu nových léčiv, obvykle jako náhrada za fenylové nebo alkylové skupiny, a to především z důvodu vyšší lipofility v porovnání s benzenem a lepší membránové permeability dané molekuly. Ferroceny navíc patří mezi tzv. „bezpečné molekuly“, jak dokazují testy akutní a chronické cytotoxicity u řady savčích organizmů [2]. Mechanizmus účinku ferrocenů zřejmě spočívá v uvolnění iontů železa, které přispívají k tvorbě kyslíkových radikálů pomocí tzv. Fentonovy reakce [3]. První a v podstatě doposud jediný derivát ferrocenu schválený v humánní medicíně je fer­roceron, který byl podáván při léčbě chudokrevnosti v bývalém Sovětském svazu [4]. Při designu ferrocenů, resp. fer­rocen obsahujících sloučenin, se jako nejslibnější zdá být strategie založená na systematickém začleňování ferrocenylové skupiny do struktur kandidátních nebo již známých léčiv, což se pak může významně odrazit na jejich molekulárních vlastnostech. Tento přístup vedl mj. i k objevení ferrocifenu, který se nachází ve fázi preklinického testování jako potenciální protinádorové léčivo, nebo antimalarika ferroquinu, který je ve II. fázi klinického testování [5].

Ferrocifeny

Ferrocifeny představují skupinu sloučenin odvozených od struktury tamoxifenu, u kterého byl nahrazen jeden fenylový kruh ferrocenem (obr. 2). Tamoxifen je důležitým medikamentem především při léčbě karcinomu prsu (99,5% tvoří ženy), ale i dalších malignit, které jsou pozitivní na estrogenové receptory (ER) α. Mechanizmus účinku tamoxifenu spočívá v inhibici ER, přičemž se jedná o tzv. selektivní modulátor estrogenového receptoru, což znamená, že se v různých tkáních může chovat rozdílně. Tamoxifen se po podání v lidském těle oxiduje na hydroxytamoxifen, který se váže na ER a soutěží tak o vazebné místo s přirozenými ligandy, jako je např. 17β-estradiol. Na rozdíl od přirozených ligandů, které vazbou na ER iniciují translokaci receptoru do jádra, kde působí jako pro-onkogenní transkripční faktor, tamoxifen tuto aktivaci ER inhibuje (pro více informací viz článek Voňka et al [6]).

Ferrocifeny byly připravovány jako organokovové analogy tamoxifenu s cílem uchovat jeho schopnost vázat se na ER a tím jej inhibovat, ale současně zesílit protinádorové účinky díky přítomnosti cytotoxického ferrocenylového zbytku. Tento záměr se skutečně podařil, protože v porovnání s hydoxytamoxifenem mohou ferrocifeny indukovat tvorbu reaktivních kyslíkových radikálů, což zřejmě představuje hlavní mechanizmus cytotoxického účinku [7]. Díky tomu pak ferrocifeny mohou účinně inhibovat i proliferaci buněk, které nemají funkční ER [8]. Ferrocifeny jsou navíc značně selektivní, neboť vykazují 100– 200krát vyšší antiproliferativní aktivitu vůči nádorovým buňkám v porovnání s buňkami nenádorovými [9].

Sloučeniny titanu jako protinádorová léčiva

Oproti sloučeninám obsahujícím železo, které jako protinádorová léčiva prozatím nepřekonaly preklinické testy, jsou sloučeniny s centrálním atomem titanu úspěšnější, neboť postoupily až do klinických studií fáze I a fáze II.

Titanocen dichlorid

Prvním z aktivních titanocenů byl titanocen dichlorid (Cp₂TiCl₂) (obr. 3) syntetizovaný Wilkinsonem a Birminghamem již v roce 1954 [10]. Jednalo se o první neplatinovou sloučeninu vykazující vysokou cytotoxicitu in vivo proti implantovaným Ehrlichovým nádorům u myší, přičemž léčebná účinnost přesáhla 80 %, aniž by byla pozorována vysoká toxicita, jako tomu bylo při podání cisplatiny [11]. Právě tyto slibné preklinické výsledky vedly v roce 1993 k zahájení klinických studií fáze I. Závěry prokázaly léčebný efekt u pa­cientů s adenokarcinomy, nemalobuněčným karcinomem plic i nádory močového měchýře. Po podání však byly pozorovány také nežádoucí vedlejší účinky, zejména gastrointestinální a neurologické problémy a poškození jater a ledvin [12,13]. Několik klinických studií fáze II bylo následně provedeno na pa­cientech s metastatickým karcinomem ledvin, resp. prsu [14,15]. Částečná regrese byla pozorována pouze u dvou případů s metastatickým karcinomem prsu. U pa­cientů s nádory ledvin nebyl pozorován žádný ústup onemocnění [14]. Tyto studie tudíž nebyly považovány za úspěšné a další klinické studie Cp₂TiCl₂ byly ukončeny z důvodu primární nefrotoxicity, nízké účinnosti a také kvůli špatné rozpustnosti sloučeniny a její hydrolytické nestabilitě za fyziologických podmínek. Později byl titanocen dichlorid podroben další řadě laboratorních studií, které prokázaly slibnou protinádorovou účinnost in vitro v buněčných liniích [16– 19] i in vivo na zvířecích modelech [20]. Studie však byly prováděny zejména z důvodů identifikace molekulárního mechanizmu účinku titanocen dichloridu uvnitř buněk. Ve srovnání s cis-platinou byl potvrzen jako silnější růstový inhibitor [17], který způsobuje zástavu buněčného cyklu v pozdní S fázi až časné G₂ fázi spolu s navozením buněčné smrti nezávislé na buněčném cyklu. Christodoulou et al zjistili, že po ošetření buněk titanocen dichloridem dochází v buněčné linii A2780 pocházející z karcinomu vaječníku k akumulaci proteinu p53 [18]. Naopak Kolberg et al v xenograftovém modelu lidského vaječníku žádné výrazné změny v expresi p53 nezaznamenali [20]. Cp₂TiCl₂ byl dále potvrzen jako inhibitor angiogeneze [19]. Nakonec však ani tato nově zjištěná fakta nevedla k posunu titanocen dichloridu do dalších fází klinického hodnocení, a to především z důvodu nesplnění podmínek pro správnou formu léčiva.

I přes neúspěchy v klinických studiích byla struktura titanocen dichloridu použita jako základní strukturní prvek při syntéze substituovaných titanocenů lépe rozpustných za fyziologických podmínek, přičemž inkorporací elektronegativních substituentů odebírajících elektrony byl posílen charakter titanocenů coby Lewisových kyselin [21]. Další modifikace zahrnovaly například funkcionalizaci cyklopentadienylového kruhu aromatickým zbytkem [22], alkylaminy a cyklickými aminy [23,24] nebo chirálními acyklickými aminy [25].

Titanocen Y

Titanocen Y (TiY) (obr. 3) je jednou ze sloučenin odvozených od titanocen dichloridu [26]. Tato sloučenina ve své struktuře nenese žádná stereocentra, což může být považováno za přínos zejména při potenciální výrobě léčiva, neboť není nutné separovat jednotlivé stereoizomery. Relativní úspěch cytotoxických testů na prasečích buněčných liniích LLC-PK posunul testování titanocenu Y až do fáze testování na zvířatech [26]. U myších Caki-1 xenograftů byla pozorována signifikantní redukce velikosti nádorů v závislosti na zvyšující se dávce TiY, přičemž nejvyšší tolerovaná dávka 40 mg/ kg vykázala celkově lepší výsledky než porovnávaná dávka 2 mg/ kg u cisplatiny [27]. V několika dalších nezávislých studiích na myších xenograftových modelech epidermoidních nádorů nebo nádorů prsu byly tyto slibné výsledky potvrzeny, přičemž nebyly pozorovány žádné, nebo jen velmi malé nežádoucí účinky léčby [28,29].

Titanocen Y zasahuje do vnější signální dráhy navozující buněčnou smrt prostřednictvím exprese proteinu p53 [30], který ovlivňuje vazbu Fas ligandů na receptory CD95, jež eliminují buňky postižené rakovinou nebo napadené virem. Tato vzájemná interakce vede k aktivaci signalizačního komplexu indukujícího smrt a prekurzoru kaspázy 8, čímž iniciuje kaskádu reakcí vedoucích až k indukci apoptózy [31]. Weber et al prokázali, že ošetření buněk TiY (IC50 = 4,9 μm) vykazuje asi 4krát vyšší míru inhibice angiogeneze ve srovnání s titanocen dichloridem (IC50 = 19 μm) [19].

Oxali-titanocen Y

V důsledku úspěchu titanocenu Y byla v roce 2008 na základě jeho struktury připravena sloučenina oxali-titanocen Y, u níž byly atomy chloru nahrazeny oxalátovým aniontem [32]. Tento komplex vykazoval na LLC-PK buňkách 13krát vyšší cytotoxicitu než původní titanocen Y a 2krát vyšší účinnost než cisplatina [26,32]. Oxali-titanocen Y 16 byl testován in vitro na lidských endoteliálních buňkách pocházejících z pupečníkové žíly (human umbilical vein endothelial cells –  HUVEC) s hodnotami IC50 = 14 μm pro ověření antiangiogenních účinků. Testy pokračovaly na Caki-1 myších xenograftech ošetřených dávkou 30 mg/ kg/ den 5krát týdně po dobu 3 týdnů. Myši ošetřené pomocí oxali-titanocenu Y vykazovaly statisticky významnou redukci růstu nádoru o 38 % ve srovnání s kontrolní skupinou. Oxali-titanocen Y také inhiboval proliferaci a růst buněk. Exprese proliferačního markeru Ki-67 byla redukována o 30 % [33].

Titanocen T

Další z úspěšnějších sloučenin odvozených od titanocen dichloridu je titanocen T syntetizovaný začleněním 1-methyl-3-diethylaminomethyl-indol-4-ylového zbytku jako substituentu methyl-cyklopentadienylového ligandu [34]. Výsledky testování této sloučeniny na lidské renální rakovinné linii Caki-1 prokázaly slibnou cytotoxicitu s IC₅₀ kolem 13±2 μm spolu s dobrou rozpustností ve vodných roztocích, která zvyšuje potenciální použití této látky jako léčiva [34]. Testy v myších Caki-1 xenograftových modelech ošetřovaných titanocenem T ukázaly redukci velikosti nádorů o 32– 51 % ve srovnání s kontrolní skupinou. Nebyly pozorovány žádné vedlejší účinky na myších mimo 5% snížení jejich hmotnosti při podání vyšších dávek [35].

Ansa-titanocen X

Ansa-titanocen X (obr. 3) je dalším z relativně úspěšných titanocenů, které se dostaly do fáze testování na zvířatech. V jeho struktuře jsou cyklopentadienylové kruhy spojeny vazbou, která zabraňuje rotaci ligandu a často modifikuje strukturu a reaktivitu kovového centra [22,36]. Testy in vivo v BALB/ c myších xenograftech s Ehrlichovým ascitickým tumorem ukázaly prodloužení doby přežití myší ošetřených dávkami od 2,5 do 50 mg/ kg. Nejvyšší dávka prodlužovala u myší dobu přežití o 50 % [37].

Heterometalické Ti-Au komplexy

Pro zesílení účinku titanocenových sloučenin bylo použito i navázaní na komplexy jiných kovů. Takto byla vytvořena bimetalická sloučenina Ti-Au komplexu složená ze stabilního titanocenu, u něhož byl jeden z chloridových ligandů nahrazen methylovou skupinou a druhý karboxylátovým ligandem 4-merkaptobenzoové kyseliny komplexující přes atom síry trifenylfosfanový fragment s jednomocným zlatem (obr. 3) [38]. Tento komplex dokázal blokovat buněčný růst renálních Caki-1 buněk a vykazoval vyšší toxicitu ve srovnání s cisplatinou i titanocenem Y. V in vivo testech na Caki-1 xenograftovém myším modelu vykazovala sloučenina redukci velikosti nádoru přibližně o 67 %. Tato slibná data ukázala, že kombinace různých kovů vykazuje značný chemoterapeutický potenciál [38,39]. Ně­kte­ré další z podobných Ti-Au komplexů byly schopny inhibovat protein kinázy rodiny AKT a MAPKAPK [39] nebo p90-RSK [38]. Aktivní sloučeniny byly také zapojeny do inhibice thioredoxin-reduktázy [38,40].

Budotitan

Odlišným komplexem titanu, který pokročil až ke klinickým studiím, je budotitan (obr. 4). Preklinické studie budotitanu na potkanech s myšími nebo potkaními transplantabilními nádory tlustého střeva, osteosarkomu, sarkomu nebo leukemie vykazovaly prodloužený čas přežití, redukci velikosti nádorů a pouze mírné vedlejší účinky jako plicní a jaterní toxicita, bez významné kardiální toxicity pozorované u cisplatiny [41,42]. První výsledky klinických studií fáze I ukázaly mírnou hepatotoxicitu, nefrotoxicitu a reverzibilní nechutenství počínající dávkou 9 mg/ kg [41]. Výsledky druhé klinické studie fáze I ukázaly minimální akutní toxicitu. Jediným limitujícím faktorem byl vznik srdeční arytmie, která se vyskytla u dvou pa­cientů při podání dávky 230 mg/ m² [43].

Interakce titanových sloučenin s bio­molekulami v buňkách může usnadnit transport, příjem a dodávání titanu do buňky [16,44]. Bylo prokázáno, že titanocen dichlorid může být vázán na transferin v krevní plazmě, odkud je přenášen pomocí krve do celého těla a za spotřeby ATP až do cytoplazmy buněk [16,45]. Podobně může být lidský sérový albumin dalším z proteinů zodpovědných za přenos titanu do buněk [46– 48]. Nicméně i přes nepopiratelné úspěchy uvedených sloučenin v preklinických studiích se mimo titanocen dichlorid a budotitan žádná další sloučenina titanu až do klinického testování nedostala.

Rutheniové komplexy

Přestože jsou komplexy obsahující ruthenium považovány za méně toxické, zachovávají si silnou protinádorovou aktivitu [49]. Myšlenka použití organokovových sloučenin obsahujících ruthenium jako protinádorových látek byla poprvé vyslovena v 90. letech minulého století [50,51]. Od té doby bylo syntetizováno mnoho sloučenin obsahujících ruthenium, které byly testovány jako potenciální protinádorová léčiva [52– 58].

NAMI-A

Prvním komplexem ruthenia [Ru (III)] schváleným pro testování v klinických studiích byl NAMI-A, [ImH][trans-RuCl₄(DMSO)(Im)] (imidazol –  Im, dimethylsulfoxid –  DMSO). Tato sloučenina sice vykazovala nízkou účinnost z hlediska přímé cytotoxicity vůči nádorovým buňkám in vitro, ale významně inhibovala růst nádorových metastáz v myších modelech in vivo [57,59– 63]. V dalších studiích byly potvrzeny i antiangiogenní vlastnosti NAMI-A pomocí testů na endoteliálních buňkách kuřecích chorioallantoických membrán i u modelu rohovky králičího oka [64,65].

Mechanizmus účinku NAMI-A zatím není zcela prozkoumán. Za fyziologických podmínek je NAMI-A relativně labilní a podléhá postupné hydrolýze jednoho až dvou chloridů [62]. Existují data, která naznačují schopnosti NAMI-A vázat se na DNA a RNA. Za fyziologických podmínek se může vázat také na zbytky histidinu u sérového albuminu [66,67]. Účinky na buněčné linie in vitro se projevily zvýšením buněčných adhezních vlastností a zastavením buněčného cyklu v G₂/ M fázi, in vivo byla v myších modelech potvrzena i antimetastatická aktivita [59].

V klinické studii fáze I byla u pa­cientů stanovena maximální tolerovaná dávka na 300 mg/ m² na den po dobu 5 dnů každý 3. týden [68]. Studie fáze I/ II však ukázala nízkou terapeutickou účinnost a pouze částečnou odpověď na kombinovanou léčbu NAMI-A s nukleosidovým analogem gemcitabinem u pa­cientů s nemalobuněčným karcinomem plic [69], což v podstatě vedlo k ukončení dalšího klinického testování NAMI-A.

KP1019 

Další z rutheniových komplexů, které prošly až do fáze klinického testování, je sloučenina KP1019 (indazolium [trans-tetrachloro-bis-(1H-indazol)ruthenitan]) navržená Seeligem et al [70]. V preklinických testech in vivo prokázala významnou antineoplastickou aktivitu vůči chemicky indukovanému kolorektálním karcinomu u potkanů [70]. Další studie odhalila, že se v buňkách nevyvíjí nádorová rezistence vůči KP1019 v porovnání s jinými léčivy na bázi kovů a látka zůstává dlouhodobě účinná i v buněčných liniích odvozených od epidermálních nádorů, malobuněčného i nemalobuněčného plicního karcinomu, adenokarcinomu prsu a leukemie [71]. KP1019 vykazuje silnou cytotoxicitu proti primárním nádorům necitlivým k cisplatině, zejména pak proti kolorektálnímu karcinomu [72]. Jeho působením dochází v buňkách k razantním změnám potenciálu mitochondriální membrány a spolu se zvýšenou mírou oxidativního stresu pak k indukci apoptózy [71]. To bylo potvrzeno i v kvasinkovém modelu Saccharomyces cerevisiae, kde KP1019 vyvolala poškození DNA, pozastavení buněčného cyklu a následnou buněčnou smrt [73].

Klinické studie fáze I přinesly informaci o neexistujících nebo jen nepatrných vedlejších účincích KP1019 [74,75], avšak z důvodu nízké solubility byly klinické studie pozastaveny a další testování se zaměřilo na její ve vodě více rozpustný analog KP1339.

KP1339 (IT-139)

Sloučenina KP1399 ([trans-tetrachloro-bis-(1H-indazol)ruthenitan] sodný) (obr. 5) byla původně připravena jako prekurzor pro syntézu KP1019, a to již v roce 1999 [76]. Stejně jako KP1019 vykazuje silnou afinitu k albuminu a transferinu v krevním řečišti [77]. Studie KP1339 in vitro a in vivo ukázaly, že zesiluje aktivitu sorafenibu, používaného v 1. linii léčby hepatomu, a dokonce působí i na buněčné modely rezistentní k sorafenibu [78]. V porovnání se sorafenibem tato látka prokázala v xenograftových myších modelech pro nádory jater vyšší účinnost in vivo a kombinovaná terapie dokonce 4násobně zvýšila průměrné přežití. Synergická aktivita byla také pozorována u myšího xenograftu VM-1 melanomu nesoucího aktivační mutaci BRAF [78].

Klinická studie fáze I byla provedena na pa­cientech s různými druhy solidních nádorů, přičemž výsledky ukázaly vysokou účinnost KP1399 zejména proti neuroendokrinním nádorům [79]. Další studie byla provedena v roce 2016 s velice podobným výsledkem na pa­cientech s karcinoidními neuroendokrinními tumory bez signifikantní neurotoxické a hematologické cytotoxicity [80]. Autoři také na základě nezávislých in vitro studií [81,82] uvádějí, že mechanizmus účinku KP1339 spočívá ve snížení hladiny chaperonového proteinu GRP78, jehož hladina bývá v reakci na stres silně zvýšena u řady nádorů [80]. Funkční studie vedla k závěru, že mechanizmus účinku KP1339 je soustředěn na interakce s cytosolovými proteiny vedoucími k nadprodukci reaktivních kyslíkových radikálů, oxidačnímu stresu a stresu endo-plazmatického retikula, které nakonec prostřednictvím mitochondriální signalizace spouštějí apoptózu [80,83]. Ačkoliv protinádorová aktivita KP1339 není vysoká, její budoucí využití v klinické praxi je reálné především v kombinaci s jinými léčivy pro zvýšení účinnosti a překonání rezistence indukované zvýšenou hladinou GRP78 [80].

RAPTA –  funkční organometalické Ru (II) komplexy

Po rozsáhlém studiu sloučenin nesoucích Ru (III) (NAMI-A, KP1019, KP1339) byly testovány i sloučeniny Ru (II), které též prokázaly protinádorovou aktivitu in vitro. Slibnými kandidáty této skupiny jsou látky třídy RAPTA [Ru(η⁶-arene)Cl₂(PTA)] (PTA = 1,3,5-triaza-7-fosfatricyklo-adamantan), u nichž je η⁶-aren vázán na centrální atom Ru (II). Vzhledem ke svému prostorovému uspořádání jsou tyto sloučeniny označovány jako struktury „pianových stoliček“. Ligandy PTA zvyšují rozpustnost látek ve vodě a η6-areny mohou být v molekule substituovány podle potřeby. Dva chloridové ligandy jsou labilní a citlivé na hydrolýzu uvnitř buňky [54].

Jedna z těchto sloučenin, [Ru(η6-p-cymene)Cl₂(PTA)] neboli RAPTA-C (obr. 5), prokázala redukci tvorby plicních metastáz u myšího modelu karcinom prsu s minimálním efektem na velikost primárního nádoru [84,85]. Bylo také zjištěno, že RAPTA-C inhibuje buněčnou proliferaci in vitro zastavením dělení buněk v G₂/ M fázi buněčného cyklu, které bylo spojeno se zvýšením hladiny p21 a snížením množství cyklinu E. Současně byla indukována mitochondriální apoptotická dráha v neoplastických buňkách díky indukci hladiny proteinu p53 [86].

Analog RAPTA-T [Ru(η6-toluen)Cl₂(PTA)] také prokázal účinnost proti invazivním rakovinným buňkám in vitro a selektivně inhiboval růst metastáz karcinomu plic in vivo represí migrace, invaze a re-adheze metastatických buněk z primárního nádoru [84]. RAPTA-C spolu s RAPTA-T prokázaly slibnou antimetastatickou aktivitu i prostřednictvím inhibice angiogeneze, a proto jsou stále aktivně studovanými látkami a kandidáty pro vývoj protinádorové terapie založené na kombinaci cytostatických a angiostatických léčiv [56].

Kombinace rutheniových komplexů s nanomateriály

Také výzkum zaměřený na kombinaci Ru (II) s novými nanomateriály vykazuje poměrně slibné výsledky pro budoucí použití v lékařství. Degradovatelné, polymerické, fruktózou potažené micely obsahující RAPTA-C výrazně zvyšují příjem a internalizaci ruthenia uvnitř buněk ve srovnání s volnou RAPTA-C a inhibují invazivitu ovariálních buněk OVCAR4 in vitro [87,88]. Chen et al vyvinuli nanokapsulový 3P-Ru/ PbPS systém, který zvyšuje příjem aktivního 3P-Ru z 35 % v roztoku, který měl pH 7,4, na 65 % příjmu aktivního 3P-Ru z roztoku s pH 6,5. To indikuje selektivní a rychlé uvolňování v kyselém prostředí, a tedy zvýšení koncentrace látky v oblasti nádorů a zabránění jejich růstu. Tento systém byl schopen dodávat 3P-Ru do U251 gliomových buněk s vysokou účinností, současně docházelo k inhibici proliferace a navození buněčné smrti apoptózou. V myších modelech nesoucích U251 buňky aplikované pod kůží se po působení 3P-Ru/ PbPS během 8 dní významně snížil růst nádorů asi o 5násobek (průměrná velikost nádoru 5 mm³) ve srovnání s myšmi ošetřenými PBS (25 mm³), PbPS nanočásticemi (26 mm³) a pH necitlivými kapsulemi PEG-Ru (20 mm³) [89].

Poslední novinkou v oblasti potenciální léčby nádorů pomocí sloučenin ruthenia je kombinace s nanomateriály a bimodální fototermální (photothermal –  PTT) a dvoufotonovou fotodynamickou léčbou (two-photon photodynamic ther­apy –  TPPDT). V jednom z výzkumů jsou Ru (II) komplexně funkcionalizované jednovrstvé uhlíkové nanotrubice (Ru@SWCNTs) vyvinuté jako nano-templáty pro PTT-TPPDT. V testech byly použity uhlíkové nanotrubičky schopné pojmout velké množství ruthenia Ru (II) (Ru@SWCNTs). To je v buňkách uvolňováno fototermálním účinkem ozáření pomocí 808nm diodového laseru (0,25 W/ cm²). Uvolněné Ru (II) komplexy uvnitř ozářených nádorových buněk produkují kyslíkové radikály a mohou být použity jako dvoufotonové fotodynamické terapeutické činidlo. U myších xenograftů s injekovanými HeLa buňkami ošetřených tímto postupem došlo po aplikaci Ru@SWCNTs s PTT-TPPDT terapií k vymizení nádorů [90]. Dalším vylepšením této PTT léčby je přidání transferinu na syntetizovaný nanomateriál s rutheniem (Tf-RuNPs) pro další zvýšení kumulace látky uvnitř nádorových buněk pomocí endocytózy právě díky obsahu transferinu. U testů in vivo na myších xenograftech došlo ke 100% eliminaci nádorů bez pozorování významných toxických vedlejších účinků. To dokázalo, že Tf-RuNPs mohou sloužit jako výborná fototermální činidla pro léčbu nádorů [91].

Původně se předpokládalo, že vazba sloučenin ruthenia na DNA je základem jejich protinádorového účinku [74,92,93]. Nedávné studie však odhalily, že DNA není primárním cílem a sloučeniny ruthenia jsou ve skutečnosti mnohem silněji vázány na proteiny než na struktury DNA [77,94]. Komplexy ruthenia se mohou silně vázat na transferin a jejich příjem v nádorových buňkách pravděpodobně interferuje s příjmem železa. Nádorové buňky mají zvýšené nároky na příjem železa. Následkem toho je zvýšení koncentrace transferinu. Proto tedy komplexy ruthenia vykazují vyšší účinnost v nádorových buňkách oproti buňkám zdravých tkání [77].

Závěr

Rakovina je jednou z nejčastějších a nejvíce heterogenních nemocí. Z toho důvodu je důležité její léčbu volit tak, aby byla co nejúčinnější pro daný typ nádoru. Osvědčeným přístupem při léčbě nádorových onemocnění je kombinované použití více různých typů chemoterapeutických léčiv. Současné možnosti chemoterapie však mají určitá omezení spočívající především v negativních vedlejších účincích a ve vzniku rezistence. Organokovové sloučeniny mohou být možnou alternativou, tudíž jejich vývoji bylo během posledních několika desetiletí věnováno značné úsilí. Zejména sloučeniny ruthenia díky své potenciální cytotoxicitě a především schopnosti potlačovat neoangiogenezi a blokovat metastazování mají v počátečních klinických studiích vysokou úspěšnost a slibují i možné využití v praxi. Bližší poznatky o jejich mechanizmu účinku mohou vést až k integraci multimodálních léčebných strategií založených na využití synergických účinků organokovových sloučenin v kombinaci s dalšími typy protinádorové terapie s cílem zvýšit, resp. optimalizovat efektivitu léčby rakoviny.

Práce byla podpořena projekty GAČR 17-05838S, MŠMT – NPU I – LO1413 a MZ ČR-RVO (MOÚ, 00209805).

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do bi omedicínských časopisů.

Mgr. Hana Skoupilová

Regionální centrum aplikované molekulární onkologie

Masarykův onkologický ústav

Žlutý kopec 7

656 53 Brno

e-mail: hana.skoupilova@mou.cz

Obdrženo/Submitted: 10. 7. 2019

Přijato/Accepted: 5. 8. 2019