A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Chlorine tolerant, multilayer reverse-somosis membranes with high permeate flux and high salt rejection

A new class of high molecular weight polyethersulfone ionomers is described in which the ionic content can be varied, at will, over a very wide and fully-controllable range. A novel type of coating process enables these materials to be deposited from alcohol-type solvents as cohesive but very thin (50 – 250 nm) films on porous support-membranes, giving high-flux membranes (3.3 – 5.0 L m-2 h-1 bar-1) with very good, though not outstanding salt rejection (typically 92 - 96%). A secondary layer, of formaldehyde-cross-linked polyvinyl alcohol, can be deposited from aqueous solution on the surface of the ionomer membrane, and this layer increases salt rejection to greater than 99% without serious loss of water permeability. The final multi-layer membrane shows excellent chlorine tolerance in reverse-osmosis operation.

Development of a reverse genetics system enabling the rescue of recombinant avian influenza virus A/Turkey/England/50-92/91 (H5N1)

We previously described the use of an established reverse genetics system for the generation of recombinant human influenza A viruses from cloned cDNAs. Here, we have assembled a set of plasmids to allow recovery of the avian H5N1 influenza virus A/Turkey/England/50-92/91 entirely from cDNA. This system enables us to introduce mutations or truncations into the cDNAs to create mutant viruses altered specifically in a chosen gene. These mutant viruses can then be used in future pathogenesis studies in chickens and in studies to understand the host range restrictions of avian influenza viruses in humans.

Modeling the structure of amorphous MoS3: a neutron diffraction and reverse Monte Carlo study

A model for the structure of amorphous molybdenum trisulfide, a-MoS3, has been created using reverse Monte Carlo methods. This model, which consists of chains Of MoS6 units sharing three sulfurs with each of its two neighbors and forming alternate long, nonbonded, and short, bonded, Mo-Mo separations, is a good fit to the neutron diffraction data and is chemically and physically realistic. The paper identifies the limitations of previous models based on Mo-3 triangular clusters in accounting for the available experimental data.

A facile one step synthesis of N-2 substituted 3-phenyliminoisoindolinones from N-(2-carboxybenzoyl)-anthranilic acid and the design of reverse-turn mimetics

Stirring of N-(2-carboxybenzoyl) anthranilic acid with anilines and amines such as p-toluidine, benzylamine, methyl esters of Leu, Phe, Ile and Val in presence of DCC produces N- 2 substituted 3-phenyliminoisoindolinones in very good yields. Single crystal X-ray diffraction studies and solution phase NMR and CD studies reveal that the 3-phenyliminoisoindolinone moiety is a turn-inducing scaffold which should be useful for reverse-turn mimetics.

Enzyme glycation influences product yields during oligosaccharide synthesis by reverse hydrolysis

Possible evidence is presented for Maillard glycation of enzymes during oligosaccharide synthesis by reverse hydrolysis. In 70% (w/v) mannose solutions, 1,2-alpha-mannosidase from Penicillium citrinum lost 40% and alpha-mannosidase from almonds lost 60% activity at 55 degreesC over 2 weeks. Oligosaccharide yields were 15 and 45% respectively. Higher molecular weight glycation adducts were formed in a time-dependent manner as seen by MALDI-TOF. Inhibitors of the Maillard. reaction were able to partially alleviate these effects resulting in reduced loss of enzyme activity and oligosaccharide yield increases of 27-53% relative to the control. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis of FimH receptor-active manno-oligosaccharides by reverse hydrolysis using alpha-mannosidases from Penicillium citrinum, Aspergillus phoenicis and almond

Recombinant Penicillium citrinum alpha-1,2-mannosidase, expressed in Aspergillus oryzae, was employed to carry out regioselective synthesis of alpha-D-mannopyranosyl-(1-->2)-D-mannose. Yields (w/w) of 16.68% disaccharide, 3.07% trisaccharide and 0.48% tetrasaccharide were obtained, with alpha1-->2 linkages present at 98.5% of the total linkages formed. Non-specific alpha-mannosidase from almond was highly efficient in reverse hydrolysis and oligosaccharide yields of 45-50% were achieved. The products of the almond mannosidase were a mixture of disaccharides (30.75%, w/w), trisaccharides (12.26%, w/w) and tetrasaccharides (1.89%, w/w) with 1-->2, 1-->3 and 1-->6 isomers. alpha-1,2-linkage specific mannosidase from P. citrinum and alpha-1,6-linkage-specific mannosidase from Aspergillus phoenicis were used in combination to hydrolyse the respective linkages from the mixture of isomers, resulting in alpha-D-mannopyranosyl-(1-->3)-D-mannose in 86.4% purity. The synthesised oligosaccharides can potentially inhibit the adhesion of pathogens by acting as 'decoys' of receptors of type-1 fimbriae carried by enterobacteria.

Regioselective synthesis of mannobiose and mannotriose by reverse hydrolysis using a novel 1,6-alpha-D-mannosidase from Aspergillus phoenicis

A novel 1,6-alpha-D-mannosidase was produced by Aspergillus phoenicis grown on a commercial manno-oligosaccharide preparation in liquid culture. The enzyme hydrolysed only alpha-D-Manp-(1 --> 6)-D-Manp and did not act on alpha-D-Manp-(1 --> 2)-D-Manp, or alpha-D-Manp-(1 --> 3)-D-Manp. The 1,6-alpha-D-mannosidase was used for synthesis of manno-oligosaccharides by reverse hydrolysis reaction. The highest yields, expressed as percentages (w/w) of total sugar, were similar to21% mannobiose and similar to5% mannotriose, and they were obtained with 45% (w/w) initial mannose concentration at pH 4.5 after 12 days incubation at 55 degreesC. The disaccharide and trisaccharide products were separated and their structures determined by methylation analysis. Only 1-6 linkages were found in both of them. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

An optimized reverse-phase high performance liquid chromatographic method for evaluating percutaneous absorption of glucosamine hydrochloride

A relatively simple, selective, precise and accurate high performance liquid chromatography (HPLC) method based on a reaction of phenylisothiocyanate (PITC) with glucosamine (GL) in alkaline media was developed and validated to determine glucosamine hydrochloride permeating through human skin in vitro. It is usually problematic to develop an accurate assay for chemicals traversing skin because the excellent barrier properties of the tissue ensure that only low amounts of the material pass through the membrane and skin components may leach out of the tissue to interfere with the analysis. In addition, in the case of glucosamine hydrochloride, chemical instability adds further complexity to assay development. The assay, utilising the PITC-GL reaction was refined by optimizing the reaction temperature, reaction time and PITC concentration. The reaction produces a phenylthiocarbarnyl-glucosamine (PTC-GL) adduct which was separated on a reverse-phase (RP) column packed with 5 mu m ODS (C-18) Hypersil particles using a diode array detector (DAD) at 245 nm. The mobile phase was methanol-water-glacial acetic acid (10:89.96:0.04 v/v/v, pH 3.5) delivered to the column at 1 ml min(-1) and the column temperature was maintained at 30 degrees C Using a saturated aqueous solution of glucosamine hydrochloride, in vitro permeation studies were performed at 32 +/- 1 degrees C over 48 h using human epidermal membranes prepared by a heat separation method and mounted in Franz-type diffusion cells with a diffusional area 2.15 +/- 0.1 cm(2). The optimum derivatisation reaction conditions for reaction temperature, reaction time and PITC concentration were found to be 80 degrees C, 30 min and 1 % v/v, respectively. PTC-Gal and GL adducts eluted at 8.9 and 9.7 min, respectively. The detector response was found to be linear in the concentration range 0-1000 mu g ml(-1). The assay was robust with intra- and inter-day precisions (described as a percentage of relative standard deviation, %R.S.D.) < 12. Intra- and inter-day accuracy (as a percentage of the relative error, %RE) was <=-5.60 and <=-8.00, respectively. Using this assay, it was found that GL-HCI permeates through human skin with a flux 1.497 +/- 0.42 mu g cm(-2) h(-1), a permeability coefficient of 5.66 +/- 1.6 x 10(-6) cm h(-1) and with a lag time of 10.9 +/- 4.6 h. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.