Αντιβακτηριακές ενώσεις με αντικαρκινική δράση

• Κύριος συγγραφέας: Γιαννοπούλου, Παναγιώτα
• Άλλοι συγγραφείς: Καλπαξής, Δημήτριος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Αντιβιοτικά; Χλωραμφαινικόλη; Πολυαμίνες; Μιτοχόνδριο; Καρκίνος; Ριβοσώματα; Antibiotics; Chloramphenicol; Polyamines; Mitochondria; Cancer; Ribosomes; 547.7

Η χλωραμφαινικόλη (CAM) είναι ένα αντιβιοτικό ευρέως φάσματος, με βακτηριοστατική κυρίως δράση. Ωστόσο, η χρήση της στην κλινική πράξη είναι περιορισμένη, καθώς εχουν παρατηρηθεί παρενέργειες από τη χορήγηση της, ενώ επιπλέον τα βακτήρια έχουν αναπτύξει ανθεκτικότητα έναντι αυτής. Παρολαυτά, η ένωση μελετάται εκτεταμένα, με την πεποίθηση ότι με τις κατάληλες χημικές τροποποιήσεις, θα διατηρηθεί η δραστικότητα του μορίου και ταυτόχρονα θα εξαλειφθούν οι τοξικές επιδράσεις της. Προηγούμενες μελέτες του εργαστηρίου μας, επικεντρώθηκαν στη διερεύνηση της αντιβακτηριακής δράσης μιας σειράς πολυαμινικών παραγώγων της CAM. Από τα παράγωγα αυτά, ισχυρότερη δράση επέδειξε η ένωση ΚΑ-240, η οποία συντέθηκε μέσω αντικατάστασης της διχλωροακέτυλ ομάδας της CAM με ηλεκτρικό οξύ προσδεδεμένο στη Ν4 θέση της Ν8, Ν8διβενζυλσπερμιδίνης. Παράλληλα, η σύζευξη της CAM με πολυαμίνες αποτέλεσε το έναυσμα για την περαιτέρω μελέτη των συζευγμάτων, ως αντικαρκινικών, που θα στοχεύουν το μιτοχόνδριο. Η είσοδος των πολυαμινών διαμεσολαβείται από εξειδικευμένους μεταφορείς (PATs) και η αύξηση της δράσης τους στα καρκινικά κύτταρα αποτελεί ένα στοιχείο διάκρισης, σε σχέση με τα φυσιολογικά, που θα μπορούσε να φανεί χρήσιμο στην εξειδικευμενη στόχευση των νεοπλασματικών κυττάρων. Πράγματι, η ένωση ΚΑ-240 επέδειξε ισχυρή τοξικότητα έναντι ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων, με ταυτόχρονη ηπιότερη δράση έναντι υγιών κυττάρων. Στα πλαίσια των παραπάνω μελετών, η παρούσα εργασία είχε ως στόχο την αξιολόγηση μίας σειράς νέων πολυαμινικών αναλόγων της την CAΜ, τα οποία σχεδιάστηκαν με σκοπό τη βελτιστοποίηση της δράσης του συζεύγματος ΚΑ-240, ώστε να διαπερνά ευκολότερα το κυτταρικό περίβλημα των βακτηρίων και να δρα ως αντιβιοτικό. Επιπλέον, διερευνήθηκε εάν οι τροποποιήσεις που υπέστη η ένωση, είχαν αντίκτυπο στη δραστικότητα της έναντι καρκινικών κυττάρων. Τα συζεύγματα που συντέθηκαν ονομάστηκαν CLB-01, CLB-02, CLB-03, CLB-04 και CLB-09, και σχεδιάστηκαν έτσι ώστε να τηρείται ο «κανόνας των πέντε» του Lipinski. Όσον αφορά την αντιβακτηριακή τους δράση, τα συζεύγματα CLB-01 - CLB-04 επέδειξαν ικανοποιητική συγγένεια με το ριβόσωμα του βακτηρίου Escherichia coli, ενώ μάλιστα δείχθηκε ότι οι ενώσεις CLB-03 και CLB-04 αλληλεπιδρούν παρόμοια με το ΚΑ-240, με τις βάσεις του rRNA της μεγάλης ριβοσωματικής υπομονάδας. Ωστόσο, δεν προκάλεσαν αναστολή της ανάπτυξης του σε in vivo καλλιέργειες. Η ένωση CLB09 δεν εμφάνισε συγγένεια με το ριβόσωμα, ούτε ήταν αποτελεσματική στην παρεμπόδιση της ανάπτυξης καλλιεργειών του βακτηρίου. Ακόμη, καμία από τις ενώσεις δεν είχε in vivo αντιβακτηριακή δράση έναντι στελεχών Escherichia coli ΔTolC ή Staphylococcus aureus. Επομένως, οι τροποποιήσεις που υπέστη η ένωση ΚΑ-240 δεν επέφεραν βελτίωση στην αντιβακτηριακή της ενεργότητα. Επιπλέον, τα συζεύγματα CLB-04 και CLB-09 αξιολογήθηκαν για την αντικαρκινική τους δράση. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν δύο κυτταρικές σειρές ανθρώπινων κυττάρων, η ZL34, προερχόμενη από κακοήθες μεσοθηλίωμα του πνεύμονα, και η Μet5A, τα κύτταρα της οποίας είναι αθανατοποιημένα μεσοθηλιακά κύτταρα Η τελευταία αποτέλεσε δείγμα αναφοράς για την τοξικότητα των αναλόγων σε μη καρκινικά κύτταρα. Η επιλογή των κυττάρων βασίστηκε σε προηγούμενες μελέτες όπου είχε δειχθεί ότι το ΚΑ-240 εμφάνιζε τοξική δράση έναντι των καρκινικών κυττάρων της σειράς ZL34, ενώ η επίδραση του στη βιωσιμότητα των αθανατοποιημένων κυττάρων ήταν πιο ήπια. Εξ’ αυτών, το CLB-04 ήταν ιδιαίτερα δραστικό έναντι ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων, ενώ η δράση του ήταν πιο ήπια έναντι κυττάρων Met5A. Aντίθετα, το CLB-09 δεν επηρέασε σε σημαντικό βαθμό την βιωσιμότητα των καρκινικών ή των αθανατοποιημένων κυττάρων. Αξιοσημείωτο είναι ότι όταν προστέθηκε σε καλλιέργειες εξωγενώς η πολυαμίνη σπερμιδίνη σε δεκαπλάσια συγκέντρωση σε σχέση με το CLB-04, αντισταθμίστηκε η τοξική του δράση, υποδεικνύοντας ότι η ένωση συναγωνίζεται με τις πολυαμίνες για την είσοδο στο κύτταρο μέσω των μεταφορέων των πολυαμινών. Ο επόμενος στόχος ήταν να αποσαφηνιστεί ο μηχανισμός με τον οποίο οι ενώσεις επιδρούν στη βιωσιμότητα των κυττάρων. Βρέθηκε ότι τα συζεύγματα ΚΑ-240 και CLB-04 προκαλούν σημαντική μείωση στην έκφραση της μιτοχονδριακής COX-2 στα καρκινικά κύτταρα, ενώ παράλληλα τα επίπεδα της ακτίνης, η οποία χρησιμοποιήθηκε ως δείκτης της κυτταροπλασματικής πρωτεϊνοσύνθεσης, δεν παρουσίασαν μείωση. Η ένωση CLB-09, δεν επηρέασε την έκφραση των πρωτεϊνών που ελέγχθηκαν. Το εύρημα αυτό καταδεικνύει ότι η αναστολή της μιτοχονδριακής πρωτεϊνοσύνθεσης αποτελεί ένα πιθανό μηχανισμό δράσης των συζευγμάτων, για τη δράση τους έναντι των καρκινικών κυττάρων. Επιπρόσθετα, προσδιορίστηκε με HPLC ανάλυση ο βαθμός ενδοκυττάρωσης των συζευγμάτων στα ανθρώπινα κύτταρα, καθώς και η επίδραση τους στα ενδοκυττάρια επίπεδα των πολυαμινών. Το ΚΑ-240 και το CLB-04 εντοπίστηκαν σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στα καρκινικά κύτταρα σε σχέση με τα αθανατοποιημένα, ενώ παρατηρήθηκε ότι τα επίπεδα των πολυαμινών εντός των καρκινικών κυττάρων που καλλιεργήθηκαν παρουσία των δύο αυτών συζευγμάτων, εμφάνισαν αξιοσημείωτη μείωση. Επομένως, η παρουσία των συζευγμάτων προκάλεσε διαταραχή της ομοιόστασης των πολυαμινών εντός των κυττάρων. Συνοψίζοντας, οι νέες ενώσεις που συντέθηκαν με σκοπό τη βελτίωση της δράσης του ΚΑ-240, δεν εμφάνισαν αντιβακτηριακή ενεργότητα, πιθανόν λόγω αδυναμίας να διαπεράσουν το κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων. Ωστόσο, μία εξ’ αυτών, το CLB-04 αποδείχθηκε αποτελεσματική έναντι καρκινικών κυττάρων, ενώ παράλληλα είχε πιο ήπια δράση έναντι των αθανατοποιημένων κυττάρων. Ωστόσο, όσον αφορά την αντικαρκινική δράση, η ένωση CLB-04 θα μπορούσε να θεωρηθεί περισσότερο «επιτυχημένη» από την ΚΑ-240, καθώς είναι απαλλαγμένη από ένα βασικό μειονέκτημα της χρήσης των αντιβιοτικών, την ακούσια διαταραχή της μικροχλωρίδας του ασθενούς.