Selective tumor kill of cerebral glioma by photodynamic therapy using a boronated porphyrin photosensitizer.

The prognosis for patients with the high-grade cerebral glioma glioblastoma multiforme is poor. The median survival for primary tumors is < 12 months, with most recurring at the site of the original tumor, indicating that a more aggressive local therapy is required to eradicate the unresectable "nests" of tumor cells invading into adjacent brain. Two adjuvant therapies with the potential to destroy these cells are porphyrin-sensitized photodynamic therapy (PDT) and boron-sensitized boron neutron capture therapy (BNCT). The ability of a boronated porphyrin, 2,4-(alpha, beta-dihydroxyethyl) deuteroporphyrin IX tetrakiscarborane carboxylate ester (BOPP), to act as a photosensitizing agent was investigated in vitro with the C6 rat glioma cell line and in vivo with C6 cells grown as an intracerebral tumor after implantation into Wistar rats. These studies determined the doses of BOPP and light required to achieve maximal cell kill in vitro and selective tumor kill in vivo. The data show that BOPP is more dose effective in vivo by a factor of 10 than the current clinically used photosensitizer hematoporphyrin derivative and suggest that BOPP may have potential as a dual PDT/BNCT sensitizer.

Funcionalització regioselectiva d'una cetona amb metal·lacarborans polianiònics

L’ús de metal·lacarborans en la síntesi de compostos polianiònics amb un alt contingut en bor i amb bons rendiments és un tema d’alt interès i estudi al grup de Síntesi Inorgànica i Catàlisi de l’ICMAB. Els metal·lacarborans presenten diverses aplicacions innovadores com la BNCT (Boron Neutron Capture Therapy),1 tractament d’aigües residuals,2 activitats catalítiques3 i com a agents dopants de membranes polimèriques conductores.4 Amb la perspectiva d’emprar clústers de bor per materials moleculars funcionalitzats, hem iniciat una investigació que busca la síntesi de productes híbrids amb múltiples elements electroactius (metal·lacarborans) i el grup funcional carbonil, que gràcies a la seva reactivitat coneguda ens permetrà aplicar les molècules sintetitzades a futures reaccions i aplicacions. Una de les condicions inicials plantejades en aquesta investigació és l’ús de productes químics assequibles i de gran disponibilitat, per tal de poder assegurar l’obtenció de precursors per a futures aplicacions amb bons rendiments i ràpids de sintetitzar. Per assolir aquest objectiu es van iniciar les investigacions amb la cetona més simple coneguda, l’acetona (CH3-CO-CH3) (pKa = 19.3) com a producte de partida. A partir de la reacció d’aquesta amb una base forta no nucleòfila es genera CH3-COCH2 (-). Si s’aconsegueix prevenir o minimitzar la reacció d’addició aldòlica, l’anió CH3- CO-CH2 (-) pot atacar nucleofílicament al carboni contigu al catió oxoni5 de la molècula de cobaltabisdicarballur dioxanat (cosà dioxanat), [3,3’-Co(8-(OCH2CH2)2-1,2- C2B9H10)(1’,2’-C2B9H11)], generant un derivat del cosà dioxanat que conté un grup carbonil. Aquest procediment pot ser repetit per introduir diverses unitats de metal·lacarborans (cosà, fesà, etc.), tot i que aquest procés presenta una gran dispersió de subproductes, fet que fa baixar el rendiment global i li resta interès. Un procediment molt més efectiu i que dóna un control de la regioselectivitat molt major dels centres electroactius incorporats és la síntesi acetoacètica (pKa H intercarbonílic = 10.7). Múltiples molècules homo i hetero polianiòniques amb metal·lacarborans han estat sintetitzades amb èxit en aquest treball, amb un control regioselectiu molt precís mitjançant aquest mètode sintètic, i caracteritzades per mètodes electroquímics.

Desarrollo de un método para acoplar arenos a metalacarboranos

El uso de metalacarboranos en la síntesis de compuestos aril-cobaltobis(dicarballuro) ha despertado un nuevo tema de interés y de estudio en el grupo de Síntesi Inorgànica i Catàlisi del ICMAB-CSIC. Los metalacarboranos presentan diversas aplicaciones innovadoras como la BNCT (Boron Neutron Capture Therapy), el tratamiento de aguas residuales, actividades catalíticas, como agentes dopantes en membranas poliméricas conductoras, y como integrantes en sensores potenciométricos, entre otros. El principal objetivo de este trabajo de investigación ha consistido en desarrollar un método de acoplamiento B–C sobre el anión sándwich [3,3’-Co-(1,2-C2B9H11)2]- para la formación de nuevos derivados aril-cobalto-bis(dicarballuro); éstos se han sintetizado por su posible capacidad fotoactiva. Este acoplamiento transcurre mediante una reacción de sustitución electrófila aromática (SEAr) sobre el anillo aromático o desde la óptica del metalacarborano, mediante una sustitución nucleófila inducida electrofilicamente (EINS). Dicha reacción requiere el uso de un ácido de Lewis como catalizador. El hecho que se haya utilizado AlCl3 como catalizador, hace que la reacción que se desarrolla en este trabajo recuerde de alguna manera a una reacción de Friedel-Crafts, pese a que la reacción está dirigida a la formación de un enlace B–C mediado por un ácido de Lewis. El principal problema de las reacciones de Friedel-Crafts es la elevada cantidad de areno que se precisa para llevar a cabo la reacción, debido a que el disolvente empleado puede actuar como fuente de electrófilos. El procedimiento empleado en nuestro caso utiliza el mesitileno como disolvente, el cual posee un gran impedimento estérico y un alto punto de ebullición. De esta manera, se puede realizar esta reacción utilizando entre 1.5 y 10 equivalentes de areno respecto al cobalto-bis(dicarballuro) sin que el disolvente actúe como reactivo. Se han estudiado y optimizado las condiciones experimentales para que el método sintético que genera el enlace B–C sea lo más universal posible para cualquier tipo de anillo aromático. Se han probado una gran diversidad de anillos aromáticos, desde anillos aromáticos fuertemente activados a los más desactivados, así como anillos aromáticos heterocíclicos. Finalmente, las condiciones de síntesis extraídas de este estudio son muy satisfactorias para los anillos activados probados y para los anillos débilmente desactivados. En cambio, para los arenos fuertemente desactivados, los rendimientos de la reacción han sido bajos. Por otro lado, las pruebas realizadas sobre los anillos heterocíclicos no han sido exitosas y no se ha producido el acoplamiento B–C.

Charge dependent substrate activity of C3' and N3 functionalized, organometallic technetium and rhenium-labeled thymidine derivatives toward human thymidine kinase 1.

Human cytosolic thymidine kinase (hTK1) has proven to be a suitable target for the noninvasive imaging of cancer cell proliferation using radiolabeled thymidine analogues such as [(18)F]3'-fluoro-3'-deoxythymidine ([(18)F]FLT). A thymidine analogue for single photon emission computed tomography (SPECT), which incorporates the readily available and inexpensive nuclide technetium-99m, would be of considerable practical interest. hTK1 is known to accommodate modification of the structure of the natural substrate thymidine at the positions N3 and C3' and, to a lesser extent, C5. In this work, we used the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition to synthesize two series of derivatives in which thymidine is functionalized at either the C3' or N3 position with chelating systems suitable for the M(CO)(3) core (M = (99m)Tc, Re). The click chemistry approach enabled complexes with different structures and overall charges to be synthesized from a common precursor. Using this strategy, the first organometallic hTK1 substrates in which thymidine is modified at the C3' position were identified. Phosphorylation of the organometallic derivatives was measured relative to thymidine. We have shown that the influence of the overall charge of the derivatives is dependent on the position of functionalization. In the case of the C3'-functionalized derivatives, neutral and anionic substrates were most readily phosphorylated (20-28% of the value for the parent ligand thymidine), whereas for the N3-functionalized derivatives, cationic and neutral complexes were apparently better substrates for the enzyme (14-18%) than anionic derivatives (9%).

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.

Chemoenzymatic synthesis of boron-containing chiral amines and amides

The first application of lipases as catalysts to obtain optically active boron-containing amines and amides is described. We studied several reaction conditions to achieve the kinetic resolution of boron-containing amines via enantioselective acylation mediated by Candida antarctica lipase B (CAL-B). Excellent enantioselectivity (E>200) and high enantiomeric excess (up to >99%) of both the remaining amines and amides were obtained. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Lipase-Catalyzed Highly Enantioselective Kinetic Resolution of Boron-Containing Chiral Alcohols

The first application of enzymes as catalysts to obtain optically pure boron compounds is described. The kinetic resolution of boron-containing chiral alcohols via enantioselective transesterification catalyzed by lipases was studied. Aromatic, allylic, and aliphatic secondary alcohols containing a boronate ester or boronic acid group were resolved by lipase from Candida antartica (CALB), and excellent E values (E > 200) and high enantiomeric excesses (up to >99%) of both remaining substrates and acetylated product were obtained.

A física da terapia de captura de nêutrons pelo boro

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Confecção e caracterização de filmes finos de boro para a medida da taxa de reação 10B(N, a)7LI na terapia por captura de nêutrons pelo boro

The Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), based on the 10B(n,α)7Li reaction, represents a promising modality for the treatment of cancers that are resistents to conventional treatments. So, it is necessary to find drugs (boron compounds) with high selectivity for each type of cancer, the neutrons source should be well characterized and the rate of 10B(n,α)7Li reaction should be measured with great accuracy as possible. This study aimed to develop a method for manufacturing thin films of boron, for measure the 10B(n,α)7Li reaction, and analyze the uniformity of the films. Five thin films of boron were manufactured with three different concentrations of boric acid, heated to transform the acid in boron, irradiated with thermic neutrons coupled to CR-39 detectors, in BNCT line at the reactor IEA-R1 IPEN/CNEN, São Paulo. After the irradiation, the detectors were chemically attacked with NaOH to reveal the tracks. The methodology presented is effective because it resulted in deposition of boron as thin film enabling the quantitative analysis of 10B(n,α)7Li reaction. The analysis of the uniformity of density of the induced tracks in CR-39 shows that, in most of the films, there is no uniformity in surface distribution of boron, but when the film is divided, we obtain some uniform sectors

closo-borane conjugated regulatory peptides retain high biological affinity: synthesis of closo-borane conjugated Tyr(3)-octreotate derivatives for BNCT

Despite the improvements in cancer therapy during the past years, high-grade gliomas and many other types of cancer are still extremely resistant to current forms of therapy. Boron neutron capture therapy (BNCT) provides a promising way to destroy cancer cells without damaging healthy tissue. However, BNCT in practice is still limited due to the lack of boron-containing compounds that selectively deliver boron to cancer cells. Since many neuroendocrine tumors show an overexpression of the somatostatin receptor, it was our aim to synthesize compounds that contain a large number of boron atoms and still show high affinity toward this transmembrane receptor. The synthetic peptide Tyr (3)-octreotate (TATE) was chosen as a high-affinity and internalizing tumor targeting vector (TTV). Novel boron cluster compounds, containing 10 or 20 boron atoms, were coupled to the N-terminus of TATE. The obtained affinity data demonstrate that the use of a spacer between TATE and the closo-borane moiety is the option to avoid a loss of biological affinity of closo-borane conjugated TATE. For the first time, it was shown that closo-borane conjugated regulatory peptides retain high biological affinity and selectivity toward their transmembrane tumor receptors. The results obtained and the improvement of spacer and boron building block chemistry may stimulate new directions for BNCT.

Radiative capture of nucleons at astrophysical energies with single-particle states

Radiative capture of nucleons at energies of astrophysical interest is one of the most important processes for nucleosynthesis. The nucleon capture can occur either by a compound nucleus reaction or by a direct process. The compound reaction cross sections are usually very small, especially for light nuclei. The direct capture proceeds either via the formation of a single-particle resonance or a non-resonant capture process. In this work we calculate radiative capture cross sections and astrophysical S-factors for nuclei in the mass region A < 20 using single-particle states. We carefully discuss the parameter fitting procedure adopted in the simplified two-body treatment of the capture process. Then we produce a detailed list of cases for which the model works well. Useful quantities, such as spectroscopic factors and asymptotic normalization coefficients, are obtained and compared to published data. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Coupled W–Os–Pt isotope systematics in IVB iron meteorites: In situ neutron dosimetry for W isotope chronology

Tungsten isotope compositions of magmatic iron meteorites yield ages of differentiation that are within ±2 Ma of the formation of CAIs, with the exception of IVB irons that plot to systematically less radiogenic compositions yielding erroneously old ages. Secondary neutron capture due to galactic cosmic ray (GCR) irradiation is known to lower the ε182W of iron meteorites, adequate correction of which requires a measure of neutron dosage which has not been available, thus far. The W, Os and Pt isotope systematics of 12 of the 13 known IVB iron meteorites were determined by MC-ICP-MS (W, Os, Pt) and TIMS (Os). On the same dissolutions that yield precise ε182W, stable Os and Pt isotopes were determined as in situ neutron dosimeters for empirical correction of the ubiquitous cosmic-ray induced burn-out of 182W in iron meteorites. The W isotope data reveal a main cluster with ε182W of ∼−3.6, but a much larger range than observed in previous studies including irons (Weaver Mountains and Warburton Range) that show essentially no cosmogenic effect on their ε182W. The IVB data exhibits resolvable negative anomalies in ε189Os (−0.6ε) and complementary ε190Os anomalies (+0.4ε) in Tlacotepec due to neutron capture on 189Os which has approximately the same neutron capture cross section as 182W, and captures neutrons to produce 190Os. The least irradiated IVB iron, Warburton Range, has ε189Os and ε190Os identical to terrestrial values. Similarly, Pt isotopes, which are presented as ε192Pt, ε194Pt and ε196Pt range from +4.4ε to +53ε, +1.54ε to −0.32ε and +0.73ε to −0.20ε, respectively, also identify Tlacotepec and Dumont as the most GCR-damaged samples. In W–Os and W–Pt isotope space, the correlated isotope data back-project toward a 0-epsilon value of ε192Pt, ε189Os and ε190Os from which a pre-GCR irradiation ε182W of −3.42±0.09 (2σ) is derived. This pre-GCR irradiation ε182W is within uncertainty of the currently accepted CAI initial ε182W. The Pt and Os isotope correlations in the IVB irons are in good agreement with a nuclear model for spherical irons undergoing GCR spallation, although this model over-predicts the change of ε182W by ∼2×, indicating a need for better W neutron capture cross section determinations. A nucleosynthetic effect in ε184W in these irons of −0.14±0.08 is confirmed, consistent with the presence of Mo and Ru isotope anomalies in IVB irons. The lack of a non-GCR Os isotope anomaly in these irons requires more complex explanations for the production of W, Ru and Mo anomalies than nebular heterogeneity in the distribution of s-process to r-process nuclides.

Updated Co-58 evaluation for background capture reaction (MT102) (JEF/DOC-1367)

The neutron capture (n,gamma) cross-section for 27-Co-58 theoretically presents a single resonance for 9 eV. However, after plotting the processed library, a discontinuity is made clear as the cross section plummets down to cero in a small range of energy where the peak of the resonance would be expected.