Celowanie w kwas foliowy
Celowanie w foliany jest metodą stosowaną w biotechnologii do celów dostarczania leków . Ten koń trojański , który został stworzony przez Drs. Christophera P. Leamona i Philipa S. Lowa, polega na przyłączeniu witaminy , kwasu foliowego ( kwasu foliowego ), do cząsteczki/leku w celu utworzenia „koniugatu kwasu foliowego”. W oparciu o naturalne wysokie powinowactwo kwasu foliowego do receptora kwasu foliowego (FR), które jest powszechnie wyrażane na powierzchni wielu ludzkich nowotworów , koniugaty kwasu foliowego z lekiem również wiążą się ściśle z FR i wyzwalają wychwyt komórkowy poprzez endocytozę . Cząsteczki tak różnorodne, jak małe środki do obrazowania radiodiagnostycznego po duże plazmidów DNA , zostały z powodzeniem dostarczone do komórek i tkanek FR-dodatnich.
Tło
Kwas foliowy (FA, kwas foliowy lub witamina B 9 ), jest niezbędnym składnikiem odżywczym niezbędnym wszystkim żywym komórkom do biosyntezy nukleotydów i do prawidłowego utrzymania szlaków metabolicznych 1-węglowych . Oprócz swojej roli kofaktora dla enzymów wewnątrzkomórkowych , FA wykazuje również wysokie powinowactwo do receptora kwasu foliowego (FR), białka połączonego z glikozylofosfatydyinozytolem, które wychwytuje swoje ligandy ze środowiska pozakomórkowego i transportuje je do wnętrza komórki przez nieniszczący, recyklingowy szlak endosomalny . FR jest również uznanym antygenem / biomarkerem nowotworowym . Z tego powodu opracowywane są metody diagnostyczne i terapeutyczne wykorzystujące funkcję FR w przypadku raka.
FR jest nowym celem terapeutycznym w diagnostyce i leczeniu raka i przewlekłych chorób zapalnych. Ekspresja FR jest selektywnie regulowana w górę na pewnych złośliwych komórkach i aktywowanych makrofagach. Nadekspresja FR na tego typu komórkach ma znaczenie kliniczne, ponieważ wyznaczają one obszary, w których fizjologiczne objawy choroby są najbardziej rozległe. Komórki złośliwe wskazują na obecność nowotworów związanych z rakiem jajnika, płuc, piersi, nerek, mózgu, endometrium i okrężnicy. Makrofagi aktywują się w chorobach przewlekłych, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów , choroba Leśniowskiego-Crohna , wrzodziejące zapalenie jelita grubego , łuszczyca , miażdżyca tętnic , cukrzyca i większość innych chorób zapalnych .
Z mechanistycznego punktu widzenia funkcja FR polega na koncentracji egzogennych ligandów (np. folianów i koniugatów kwasu foliowego z lekiem) w cytozolu komórki na drodze endocytozy. Termin endocytoza odnosi się do procesu, w którym błona plazmatyczna wnika i ostatecznie tworzy odrębny przedział wewnątrzkomórkowy. Pęcherzyki endocytarne (endosomy) szybko ulegają zakwaszeniu, aby umożliwić FR uwolnienie swojego ligandu. Następnie pusty FR powraca na powierzchnię komórki, gdzie może uczestniczyć w kolejnej rundzie endocytozy, w której pośredniczy ligand.
Odkrycie ukierunkowanego na witaminy ukierunkowania leków na rośliny doprowadziło do hipotezy, że terapie ukierunkowane na kwas foliowy mogą mieć zastosowanie kliniczne. Po tym, jak białka kowalencyjnie związane z biotyną zostały pomyślnie przetransportowane do komórek roślinnych poprzez endocytozę za pośrednictwem receptora, podjęto próbę podobnej techniki z folianem i komórkami zwierzęcymi. Ukierunkowana terapia lekowa jest korzystna, ponieważ osadza lek w określonym miejscu, w którym może być najbardziej użyteczny w leczeniu choroby. Podobnie terapia obrazowa ukierunkowana na kwas foliowy pomaga w wizualizacji obszarów, w których FR jest wyrażany na wyższych poziomach. Dzięki większej kontroli nad miejscem dostarczania czynników egzogennych terapie diagnostyczne i terapeutyczne są bardziej skuteczne i powodują mniej skutków ubocznych.
Sposoby dostarczania leków
Specyficzność koniugatów folianów dla FR została wykazana w testach współzawodnictwa z wolnym folianem. Kiedy ten ligand, o którym wiadomo, że wiąże FR, jest dodawany w nadmiarze w stosunku do koniugatu kwasu foliowego, konkuruje z koniugatem, co wskazuje, że koniugat kwasu foliowego specyficznie wiąże FR, a nie inne receptory, w procesie endocytozy za pośrednictwem receptora. Dodanie enzymu, który uwalnia receptor folanu z błony komórkowej i dodanie przeciwciał przeciwko FR również odwraca internalizację koniugatów kwasu foliowego, dostarczając dalszych dowodów na to, że koniugaty kwasu foliowego specyficznie wiążą FR.
Podczas gdy niektóre leki i środki obrazowania radiologicznego są dostarczane do komórek jako koniugaty kwasu foliowego w stosunku jeden do jednego kwasu foliowego do koniugatu, liposomy ukierunkowane na foliany pozwalają na dostarczanie większych ilości środków chemioterapeutycznych. W tej technice cząstki leku są otoczone pęcherzykiem związanym z błoną komórkową. Folian jest przyłączony do glikolu polietylenowego związanego z główkami fosforanowymi fosfolipidów błonowych, kierując w ten sposób liposomy do FR komórek nowotworowych, przez które są pochłaniane.
Rak FR-dodatni
Podwyższona ekspresja FR występuje w wielu ludzkich nowotworach złośliwych, zwłaszcza gdy jest związana z agresywnie rosnącymi nowotworami. Ostatnio zaproponowano, że zależność ta może być ewentualnie wykorzystana do celów prognostycznych. Nieśluzowy rak jajnika (większość raków jajnika) był pierwszym typem nowotworu związanym z „nadekspresją” FR, a później wykazano, że antygen ten był identyczny z antygenem występującym na komórkach nowotworowych KB i tkance łożyska. Kilka badań potwierdziło, że około 80-90% guzów jajnika wykazuje nadekspresję FR. Inne nowotwory ginekologiczne również wykazują nadekspresję receptora, jak również wyściółkowe guzy mózgu u dzieci, międzybłoniak oraz nowotwory piersi, okrężnicy, nerek i płuc. FR można również znaleźć w związku z rakiem, szczególnie w przypadku białaczki szpikowej i być może raków głowy i szyi. Podsumowując, całkowita liczba guzów wykazujących ekspresję FR jest bardzo duża; dlatego strategie ukierunkowane na FR mogą mieć znaczący wpływ na leczenie raka u pacjentów, u których zdiagnozowano chorobę FR-dodatnią.
Diagnostyka
FR jest wyrażany w wielu różnych typach złośliwych tkanek iw dużych ilościach. Ale nie wszystkie ludzkie nowotwory w określonym wskazaniu będą wyrażać FR. Ponieważ nowe terapie ukierunkowane na FR są obecnie testowane klinicznie, możliwość badań przesiewowych pacjentów pod kątem choroby FR-dodatniej mogłaby z pewnością zwiększyć skuteczność i skrócić czas badań klinicznych tych nowych środków.
Obecnie istnieją dwie główne metody, które zostały wykorzystane do oceny „statusu FR” pacjenta. Obejmują one inwazyjny test immunohistochemiczny oparty na tkankach oraz nieinwazyjne podejście radiodiagnostyczne. Ta ostatnia metoda jest obecnie testowana klinicznie przy użyciu 99m Tc-EC20.
Chemioterapia ukierunkowana na kwas foliowy
Do tej pory cztery różne koniugaty FA-lek weszły do badań klinicznych w leczeniu raka:
Vintafolide (EC145) stanowi nowy rozpuszczalny w wodzie koniugat FA silnego czynnika destabilizującego mikrotubule, monohydrazydu deacetylowinblastyny (DAVLBH; pochodna produktu naturalnego, winblastyny ). Stwierdzono, że EC145 wywołuje wyraźne działanie przeciwnowotworowe przeciwko dobrze ugruntowanym, podskórnym ksenoprzeszczepom nowotworu FR-dodatniego przy użyciu dobrze tolerowanych schematów. EC145 reprezentuje również pierwszy koniugat FA-lek oceniany w badaniach klinicznych, a obecnie (2009) jest testowany w wielonarodowym randomizowanym badaniu fazy 2b w połączeniu z pegylowaną liposomalną doksorubicyną (Doxil ) .
EC0225 reprezentuje „pierwszy w swojej klasie” wielolekowy środek ukierunkowany na FA, który należy zgłosić. Jest to cząsteczka zbudowana z pojedynczego ugrupowania FA i wydłużona przez hydrofilowy odstępnik na bazie peptydu, który z kolei jest połączony z Vinca i mitomycyny poprzez 2 różne łączniki zawierające dwusiarczek. Stwierdzono, że zwierzęta posiadające dobrze ugruntowane ksenoprzeszczepy ludzkich guzów całkowicie reagowały na terapię EC0225 przy schematach dawkowania, które były około 3-krotnie mniej intensywne niż wymagane dla EC145. Trwa faza 1 próby dla EC0225.
BMS-753493 to cząsteczka zrodzona ze współpracy naukowców z Endocyte Inc. i Bristol Myers Squibb (BMS). Reprezentuje koniugat FA, który został skonstruowany z półsyntetycznego analogu epotilonu A. BMS-753493 jest obecnie oceniany pod kątem bezpieczeństwa i skuteczności w badaniach klinicznych fazy 2 sponsorowanych przez BMS.
EC0489 to najnowszy chemioterapeutyk ukierunkowany na kwas foliowy, który został objęty badaniami klinicznymi sponsorowanymi przez firmę Endocyte. Ta cząsteczka jest w rzeczywistości pochodną EC145 (patrz wyżej), która została zaprojektowana tak, aby miała ograniczone niespecyficzne właściwości klirensu przez wątrobę. Dzięki zmniejszeniu klirensu wątrobowego mniej leku przechodzi przez drogi żółciowe; w konsekwencji oczekuje się mniejszej toksyczności poza celem (przewidywanej na podstawie badań przedklinicznych).
Aktywowane celowanie w makrofagi
Makrofagi są pierwszą linią obrony ludzkiego organizmu przed inwazją patogenów. Zwykle krążą w krwioobiegu w stanie uśpienia, ale w miejscu zapalenia spowodowanego urazem lub chorobą autoimmunologiczną ulegają aktywacji, zmieniając kształt i wyrażając różne markery powierzchniowe komórki. Zwiększona ekspresja FR sprawia, że aktywowane makrofagi są użytecznym narzędziem w terapii ukierunkowanej na kwas foliowy. Aktywowane makrofagi wytwarzające TNF-alfa eksprymują izoformę beta FR i można je celować za pomocą koniugatów kwasu foliowego in vivo . Na przykład doniesiono, że 99m Tc-EC20 koncentruje się w wątrobie, śledzionach i kończynach z zapaleniem stawów u szczurów z zapaleniem stawów wywołanych adiuwantem poprzez mechanizm zależny od kwasu foliowego. Trwa opracowywanie koniugatów kwasu foliowego i leków do leczenia stanów zapalnych. Oczekuje się, że dolegliwości, które zawierają aktywowane makrofagi (takie jak zapalenie stawów, łuszczyca i nieswoiste zapalenie jelit) będą kiedyś możliwe do leczenia za pomocą leków ukierunkowanych na kwas foliowy.
- Amato, RJ, Fagbeyiro, B., Messmann, R. i Low, PS (2005) Faza I badania EC90 (koniugat izotiocyjanianu hemocyjaniny hemocyaniny fluoresceiny) z adiuwantem GPI-0100, a następnie EC17 (koniugat izotiocyjanianu kwasu foliowego i fluoresceiny) u pacjentów (pacjentów) z przerzutowym rakiem nerkowokomórkowym (MRCC). Journal of Clinical Oncology 23, 2590.