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.

From cowpost to antibiotics : discovering vaccines and medicines.

Para que los estudiantes desarrollen habilidades en la lectura de textos de no ficción. En esta colección se exponen los avances, inventos y descubrimientos de la ciencia , y cómo un descubrimiento o la invención de una persona puede dar lugar a una serie de descubrimientos hechos por los demás, e incluso una cadena de descubrimientos científicos. En este título se relata la historia de la medicina desde los antiguos remedios herbales hasta las vacunas contra la gripe moderna. Tiene relación cronológica de descubrimientos, unas breves biografías de los científicos clave en sus respectivos campos, glosario y bibliografía.

Synteza, badania strukturalne i spektroskopowe oraz aktywność przeciwnowotworowa i przeciwdrobnoustrojowa nowych pochodnych salinomycyny

Wydział Chemii: Pracownia Chemii Bioorganicznej

Combination therapy: opportunities and challenges for polymer-drug conjugates as anticancer nanomedicines.

The discovery of new molecular targets and the subsequent development of novel anticancer agents are opening new possibilities for drug combination therapy as anticancer treatment. Polymer-drug conjugates are well established for the delivery of a single therapeutic agent, but only in very recent years their use has been extended to the delivery of multi-agent therapy. These early studies revealed the therapeutic potential of this application but raised new challenges (namely, drug loading and drugs ratio, characterisation, and development of suitable carriers) that need to be addressed for a successful optimisation of the system towards clinical applications.

Polymer-drug conjugates for combination anticancer therapy: investigating the mechanism of action.

We developed a family of polymer-drug conjugates carrying the combination of the anticancer agent epirubicin (EPI) and nitric oxide (NO). EPI-PEG-(NO)8, carrying the highest content of NO, displayed greater activity in Caco-2 cells while it decreased toxicity against endothelium cells and cardiomyocytes with respect to free EPI. FACS and confocal microscopy confirmed conjugates internalization. Light scattering showed formation of micelle whose size correlated with internalization rate. EPI-PEG-(NO)8 showed increased bioavailability in mice compared to free EPI.

Are class II phosphoinositide 3-kinases potential targets for anticancer therapies?

Of the three classes of true phosphoinositide (PI) 3-kinases, the class II subdivision, which consists of three isoforms, PI3K-C2alpha, PI3K-C2beta and PI3K-C2gamma, is the least well understood. There are a number of reasons for this. This class of PI 3-kinase was identified exclusively by PCR and homology cloning approaches and not on the basis of cellular function. Like class I PI 3-kinases, class II PI 3-kinases are activated by diverse receptor types. To complicate the elucidation of class II PI 3-kinase function further, their in vitro substrate specificity is intermediate between the receptor activated class I PI 3-kinases and the housekeeping class III PI 3-kinase. The class II PI 3-kinases are inhibited by the two commonly used PI 3-kinase family selective inhibitors, wortmannin and LY294002, and there are no widely available, specific inhibitors for the individual classes or isoforms. Here the current state of understanding of class II PI 3-kinase function is reviewed, followed by an appraisal as to whether there is enough evidence to suggest that pharmaceutical companies, who are currently targeting the class I PI 3-kinases in an attempt to generate anticancer agents, should also consider targeting the class II PI 3-kinases.

An in vitro assessment of the effects of broad-spectrum antibiotics on the human gut microflora and concomitant isolation of a Lactobacillus plantarum with anti-Candida activities

Chemostat culture was used to determine the effects of the antimicrobial agents tetracycline and nystatin on predominant components of the human gut microflora. Their addition to mixed culture systems caused a non-specific, and variable, decrease in microbial populations, although tetracycline allowed an increase in numbers of yeasts. Both had a profound inhibitory effect upon populations seen as important for gut health (bifidobacteria, lactobacilli). However, a tetracycline resistant Lactobacillus was enriched from the experiments. A combination of genotypic and phenotypic characterisations confirmed its identity as Lactobacillus plantarum. This strain exerted powerful inhibitory effects against Candida albicans. Because of its ability to resist the effects of tetracycline, this organism may be useful as a probiotic for the improved management of yeast related conditions such as thrush and irritable bowel syndrome. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Proliferative and antiproliferative effects in substituted titanocene anticancer drugs

Substituted titanocenes like ansa-titanocenes, diarylmethyl-substituted and benzyl-substituted titanocenes, are known for their cytotoxic potential and they can be synthesised using 6-arylfulvenes. Nevertheless, in the case of using 6-(4-morpholin-4yl-phenyl) fulvene (5a) or 6-{[bis-(2-methoxyethyl)amino]phenyl} fulvene (5b) the synthetic possibilities seem to be limited, but the morpholino and the bis-(2-methoxyethyl)amino substituent are in terms of an improved water solubility and drug availability in the cell very interesting groups. The corresponding benzaldehydes, which are the starting material for the synthesis of these fulvenes, were not commercially available and therefore, a modified synthetic approach had to be introduced. Nevertheless, the reactivity of the obtained fulvenes was unexpected and only the ansa-titanocene bis-[{[bis-(2-methoxyethyl)amino]phenyl}cyclopentadienyl] titanium(IV) dichloride (6b) and the benzyl-substituted titanocene [1,2-di(cyclopentadienyl)-1,2-di(4-morpholin-4yl-phenyl)-ethanediyl] titanium dichloride (8a) could be obtained and characterised. When the benzyl-substituted titanocene (8a) was tested against pig kidney cells (LLC-PK) an anti-proliferative effect, resulting in an IC50 value of 25 mu M, was observed. This IC50 value is in the lower range of the cytotoxicities evaluated for titanocenes up to now. The ansa-titanocene (6b) showed surprisingly, when tested on the same cell line, a proliferative effect.

Titanocene anticancer complexes and their binding mode of action to human serum albumin: a computational study

Due to the pivotal role played by human serum albumin (HSA) in the transport and cytotoxicity of titanocene complexes, a docking study has been performed on a selected set of titanocene complexes to aid in the current understanding of the potential mode of action of these titanocenes upon binding HSA. Analysis of the docking results has revealed potential binding at the known drug binding sites in HSA and has provided some explanation for the specificity and subsequent cytotoxicity of these titanocenes. Additionally, a new alternative binding site for these titanocenes has been postulated.

Anticancer activity of organometallic compounds. 3. The reaction of dimethyltin dichloride with nucleosides under biologically relevant conditions

This paper reports the reaction of SnMe2Cl2 with adenosine, guanosine and inosine in aqueous solution at pH 4.5. The nucleosides give probably polymeric species in which there is monodentate coordination to O2′ of the ribose ring as indicated by 80 MHz PMR.

Anticancer activity of organotin compounds. 2. Interaction of diorganotin dihalides with nucleic acid bases and nucleosides; the synthesis of adenine, adenosine and 9-methyladenine adducts

The syntheses of the complexes formulated as SnMe2Cl2(Ad)2 (I), SnMe2Cl2(Ado)2 (II), SnMe2Cl2- (9-MeAd)2 (III) [Ad = adenine, Ado = adenosine, 9-MeAd = 9-methyladenine] as well as the more unexpected SnPhCl2(OH)(Ad)2·3H2O (IV) and SnPhCl3(Ado)2 (V) by reaction of SnMe2Cl2 or SnPh2Cl2 with the appropriate bases in methanol is described. 1H NMR studies suggest that coordination is through the N-7 position of the adenine base.

Association between cyclohexane resistance in Salmonella of different serovars and increased, resistance to multiple antibiotics, disinfectants and dyes

A panel of 388 salmonellas of animal and human origin, comprising 35 serotypes, was tested for resistance to cyclohexane and to a range of antibiotics, disinfectants and dyes. Cyclohexane resistance was detected in 41 isolates (10.6%): these comprised members of the serovars Binza (1 of 15), Dublin (1 of 24), Enteritidis (1 of 61), Fischerkietz (4 of 5), Livingstone (9 of 11), Montevideo (1 of 32), Newport (4 of 23), Saint-paul (1 of 3), Senftenberg (10 of 24) and Typhimurium (9 of 93). Most (39 of 41) of the cyclohexane-resistant isolates were from poultry. Statistical analysis showed that the cyclohexane-resistant strains were significantly more resistant than the cyclohexane-susceptible strains to ampicillin, chloramphenicol, ciprofloxacin, erythromycin, nalidixic acid, tetracycline, trimethoprim, cetrimide and triclosan. The multiresistance patterns seen,were typical of those caused by efflux pumps, such as AcrAB. The emergence of such resistance may play an important role in the overall antibiotic resistance picture of Salmonella, with particular effect on ciprofloxacin.

Commonly used farm disinfectants can select for mutant Salmonella enterica serovar Typhimurium with decreased susceptibility to biocides and antibiotics without compromising virulence

Objectives: To determine if one passage of Salmonella enterica serovar Typhimurium in the presence of farm disinfectants selected for mutants with decreased susceptibility to disinfectants and/or antibiotics. Methods: Eight Salmonella Typhimurium strains including field isolates and laboratory mutants were exposed to either a tar oil phenol (PFD) disinfectant, an oxidizing compound disinfectant (OXC), an aldehyde based disinfectant (ABD) or a dairy sterilizer disinfectant (based on quaternary ammonium biocide) in agar. The susceptibility of mutants obtained after disinfectant exposure to antibiotics and disinfectants was determined as was the accumulation of norfloxacin. The proteome of SL1344 after exposure to PFD and OXC was analysed using two-dimensional liquid chromatography mass spectrometry. Results: Strains with either acrB or tolC inactivated were more susceptible to most disinfectants than other strains. The majority (3/5) of mutants recovered after disinfectant exposure required statistically significantly longer exposure times to disinfectants than their parent strains to generate a 5 log kill. Small decreases in antibiotic susceptibility were observed but no mutants were multiply antibiotic-resistant (MAR). Notably exposure to ABD decreased susceptibility to ciprofloxacin in some strains. Mutants with increased disinfectant tolerance were able to survive and persist in chicks as well as in parent strains. Analysis of proteomes revealed significantly increased expression of the AcrAB-TolC efflux system after PFD exposure. Conclusions: Data presented demonstrate that efflux pumps are required for intrinsic resistance to some disinfectants and that exposure to disinfectants can induce expression of the AcrAB-TolC efflux system, but that single exposure was insufficient to select for MAR strains.