New Synthetic Polyamines as Multi-Target-Directed Ligands for the Treatment of Alzheimer's Disease and Cancer: Design, Synthesis and Biological Evaluation

Alzheimer's disease (AD) and cancer represent two of the main causes of death worldwide. They are complex multifactorial diseases and several biochemical targets have been recognized to play a fundamental role in their development. Basing on their complex nature, a promising therapeutical approach could be represented by the so-called "Multi-Target-Directed Ligand" approach. This new strategy is based on the assumption that a single molecule could hit several targets responsible for the onset and/or progression of the pathology. In particular in AD, most currently prescribed drugs aim to increase the level of acetylcholine in the brain by inhibiting the enzyme acetylcholinesterase (AChE). However, clinical experience shows that AChE inhibition is a palliative treatment, and the simple modulation of a single target does not address AD aetiology. Research into newer and more potent anti-AD agents is thus focused on compounds whose properties go beyond AChE inhibition (such as inhibition of the enzyme β-secretase and inhibition of the aggregation of beta-amyloid). Therefore, the MTDL strategy seems a more appropriate approach for addressing the complexity of AD and may provide new drugs for tackling its multifactorial nature. In this thesis, it is described the design of new MTDLs able to tackle the multifactorial nature of AD. Such new MTDLs designed are less flexible analogues of Caproctamine, one of the first MTDL owing biological properties useful for the AD treatment. These new compounds are able to inhibit the enzymes AChE, beta-secretase and to inhibit both AChE-induced and self-induced beta-amyloid aggregation. In particular, the most potent compound of the series is able to inhibit AChE in subnanomolar range, to inhibit β-secretase in micromolar concentration and to inhibit both AChE-induced and self-induced beta-amyloid aggregation in micromolar concentration. Cancer, as AD, is a very complex pathology and many different therapeutical approaches are currently use for the treatment of such pathology. However, due to its multifactorial nature the MTDL approach could be, in principle, apply also to this pathology. Aim of this thesis has been the development of new molecules owing different structural motifs able to simultaneously interact with some of the multitude of targets responsible for the pathology. The designed compounds displayed cytotoxic activity in different cancer cell lines. In particular, the most potent compounds of the series have been further evaluated and they were able to bind DNA resulting 100-fold more potent than the reference compound Mitonafide. Furthermore, these compounds were able to trigger apoptosis through caspases activation and to inhibit PIN1 (preliminary result). This last protein is a very promising target because it is overexpressed in many human cancers, it functions as critical catalyst for multiple oncogenic pathways and in several cancer cell lines depletion of PIN1 determines arrest of mitosis followed by apoptosis induction. In conclusion, this study may represent a promising starting pint for the development of new MTDLs hopefully useful for cancer and AD treatment.

Etablierung und Optimierung von Therapeutischem Drug Monitoring für die Psychopharmakotherapie von Patienten mit Substanzabhängigkeit

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) findet Anwendung in der Therapie mit Immunosuppressiva, Antibiotika, antiretroviraler Medikation, Antikonvulsiva, Antidepressiva und auch Antipsychotika, um die Effizienz zu steigern und das Risiko von Intoxikationen zu reduzieren. Jedoch ist die Anwendung von TDM für Substanzen, die Einsatz finden in der Rückfallprophylaxe, der Substitution oder dem Entzug von Abhängigkeitserkrankungen nicht etabliert. Für diese Arbeit wurde im ersten Schritt eine sensitive Rating-Skala mit 22 Items entwickelt, mit Hilfe derer der theoretische Nutzen von TDM in der Pharmakotherapie von substanzbezogenen Abhängigkeitserkrankungen auf der Basis von pharmakologischen Eigenschaften der Medikamente und von Patientencharakteristika evaluiert wurde. Die vorgenommene Einschätzung zeigte für Bupropion, Buprenorphin, Disulfiram (oder einen Metaboliten), Methadon (chirale Bestimmung wenn möglich) und Naltrexon einen potentiellen Nutzen von TDM.rnFür die meisten Medikamente, die zur Behandlung von Abhängigkeitserkrankungen zugelassen sind, fehlen valide Messverfahren für TDM. Im Alltag werden überwiegend Drogen Screening-Tests in Form immunologischer Schnelltests angewendet. Für die Anwendung von TDM wurden in dieser Arbeit chromatographische Verfahren für die Bestimmung von Naltrexon und 6β-Naltrexol, Bupropion und Hydroxybupropion sowie R,S-Methadon und R,S-2-Ethyliden-1,5-dimethyl-3,3-diphenylpyrrolidin entwickelt, optimiert und validiert. Es handelt sich dabei HPLC-UV-Methoden mit Säulenschaltung sowie zur Bestimmung von Naltrexon und 6β-Naltrexol zusätzlich eine LC-MS/MS-Methode. Voraussetzung für die Interpretation der Plasmaspiegel ist im Wesentlichen die Kenntnis eines therapeutischen Bereichs. Für Naltrexon und seinen aktiven Metaboliten 6β-Naltrexol konnte eine signifikante Korrelation zwischen dem auftretenden Craving und der Summenkonzentration gefunden werden. Mittels Receiver-Operation-Characteristics-Kurven-Analyse wurde ein Schwellenwert von 16,6 ng/ml ermittelt, oberhalb dessen mit einem erhöhten Ansprechen gerechnet werden kann. Für Levomethadon wurde bezüglich der Detoxifikationsbehandlung ein Zusammenhang in der prozentualen Reduktion des Plasmaspiegels und den objektiven und subjektiven Entzugssymptomen gefunden. rnDoch nicht nur die Wirkstoffe, sondern auch das Patientenmerkmal substanzbezogene Abhängigkeit wurde charakterisiert, zum einen bezüglich pharmakokinetischer Besonderheiten, zum anderen in Hinsicht auf die Therapietreue (Adhärenz). Für Patienten mit komorbider Substanzabhängigkeit konnte eine verminderte Adhärenz unabhängig von der Hauptdiagnose gezeigt werden. Die Betrachtung des Einflusses von veränderten Leberwerten zeigt für komorbide Patienten eine hohe Korrelation mit dem Metabolisiererstatus, nicht aber für Patienten ohne Substanzabhängigkeit.rnÜbergeordnetes Ziel von TDM ist die Erhöhung der Therapiesicherheit und die Steigerung der Therapieeffizienz. Dies ist jedoch nur möglich, wenn TDM im klinischen Alltag integriert ist und korrekt eingesetzt wird. Obwohl es klare Evidenz für TDM von psychiatrischer Medikation gibt, ist die Diskrepanz zwischen Laborempfehlung und der klinischen Umsetzung hoch. Durch Intensivierung der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Ärzten und Labor, der Entwicklung von interaktivem TDM (iTDM), konnte die Qualität der Anwendung von TDM verbessert und das Risiko von unerwünschten Arzneimittelwirkungen vermindert werden. rnInsgesamt konnte durch die eigenen Untersuchungen gezeigt werden, dass TDM für die medikamentöse Einstellung von Patienten mit Abhängigkeitserkrankung sinnvoll ist und dass optimales TDM eine interdisziplinäre Zusammenarbeit erfordert.rn

Die Rolle von Ephrin-B2 in der Invasion maligner Gliome

Das Glioblastoma multiforme zählt zu den häufigsten glialen Neoplasien des Menschen und weist zudem unter den Gliomen die höchste Malignität auf. Glioblastompatienten haben trotz aggressiver therapeutischer Ansätze eine mittlere Überlebenszeit von weniger als einem Jahr. Die diffuse Invasion in das umliegende Hirngewebe ist einer der Hauptgründe für die Rezidivbildung und die infauste Prognose von Glioblastompatienten. Neuere Untersuchungen lassen vermuten, dass die starke Invasion auch einer der Gründe für die beobachtete anti-angiogene Resistenz bei der Behandlung von Glioblastomen ist. Das bidirektionale EphB/Ephrin-B-System wurde bei der axonalen Wegfindung als Vermittler repulsiver Signale identifiziert und auch im Zusammenhang der Migration und Invasion von Zellen überprüft. In der vorliegenden Arbeit sollte daher die Funktion der bidirektionalen Eph- und Ephrin-Signaltransduktion in Bezug auf die Glioblastominvasion und Progression untersucht werden. rn Genetische und epigenetische Untersuchungen der EphB/Ephrin-B-Familie in einer Kohorte von Gliompatienten unterschiedlicher Malignitätsgrade identifizierten Ephrin-B2 als mögliches Tumorsuppressorgen. In Übereinstimmung damit führte die Inaktivierung von Ephrin-B2 in einem murinen Gliommodell zu einer verstärkten Invasion und einem erhöhtem Tumorwachstum in vivo. Dies konnte in verschiedenen Invasion-Assays in vitro bestätigt werden. Weiterhin zeigten unsere Untersuchungen, dass Ephrin-B2 transkriptionell durch das hypoxische Mikromilieu HIF-1α-vermittelt reprimiert wird. Da HIF-1α als transkriptioneller Aktivator Ephrin-B2 nicht direkt reprimieren kann, wurden potentielle HIF-1α-regulierte Repressoren untersucht, die für die Ephrin-B2 Herunterregulation verantwortlich sein könnten. Dabei wurde anhand von Ephrin-B2-Promotoranalysen und ChIP-Assays ZEB2 als HIF-1α-induzierbarer Repressor von Ephrin-B2 identifiziert. Zur Bestätigung der Hypothese, dass ZEB2 ein wichtiger Regulator der Tumorinvasion ist, wurden humane ZEB2-Knockdown-Glioblastomzellen generiert und in vitro sowie in vivo untersucht. Im Hinblick auf mögliche therapeutische Anwendungen wurden die ZEB2-Knockdown-Glioblastomzellen zusätzlich im Zusammenhang anti-Angiogenese-induzierter Invasion analysiert. Der Verlust von ZEB2 führte dabei zu einer verringerten Glioblastominvasion und Progression in einem Maus-Xenograft Modell. Die Behandlung der Tumoren mit dem anti-VEGF-Antikörper Avastin resultierte in einer stark erhöhten Invasion, die durch die Inaktivierung von ZEB2 und der dadurch reaktivierten repulsiven Signale von Ephrin-B2 wieder aufgehoben werden konnte. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden, dass Ephrin-B2 als Tumorsuppressor in Gliomen agiert und durch verschiedene Mechanismen wie der genetischen und epigenetischen Kontrolle, aber auch der HIF-1α-vermittelten, ZEB2-abhängigen Repression inaktiviert wird. Dies resultiert in einer Blockade repulsiver Signale, so dass Tumorzellen diffus in das Parenchym und zu den Blutgefäßen migrieren können. Der in dieser Arbeit neu identifizierte Signalweg stellt ein attraktives therapeutisches Ziel zur Inhibition der Tumorzellinvasion dar und ermöglicht darüber hinaus der Ausbildung von Resistenzen gegenüber anti-angiogener Behandlung entgegenzuwirken. rn

Synthese und Testung potentieller Elongin-C-Antagonisten als neuartige HIV-Therapeutika

Weltweit sind über 34 Millionen Menschen mit dem HI-Virus infiziert. Da die Behandlung mit der HAART-Therapie aufgrund der hohen Mutationsrate des Virus oft fehlschlägt, ist die stetige Forschung an neuen, verbesserten Wirkstoffen zwingend nötig. Mit einem neuartigen Therapieansatz, der die Aufrechterhaltung des menschlichen antiretroviralen Schutz-mechanismus durch Hemmung des APOBEC3G-Abbaus zum Ziel hat, existiert eine neue Möglichkeit zur Bekämpfung der Infektion. Im Gegensatz zu den HAART-Virustatika soll hier das menschliche Immunsystem aufrechterhalten werden, sodass es die Abwehr des Virus selbst übernehmen kann. Der durch das Virus induzierte Abbau von APOBEC3G ist gekoppelt an die Bildung eines Komplexes aus mehreren Proteinen, darunter das virale Protein vif (viral infectivity factor) und das humane Protein Elongin–C. Wird eine der Interaktionen dieser Komplexbildung gehemmt, so kann APOBEC3G nicht mehr abgebaut werden und der humane Schutzmechanismus bleibt aufrechterhalten.rnDie vorliegende Arbeit widmete sich in diesem Zusammenhang der Suche nach Inhibitoren der vif-Elongin–C-Interaktion. Nach Dockingstudien wurden potentielle Kandidaten synthetisiert und anschließend zunächst mit Hilfe der Mikrokalorimetrie (ITC) und der Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) auf ihre Affinität zu rekombinant exprimiertem Elongin–C getestet. Zusätzlich wurde ein auf der Mikroskalierten Thermo-phorese (MST) basierender Bindungsassay etabliert, und die Substanzen auch mit dieser Methode getestet. Während die Bindung in diesen Assays nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte, zeigte sich eine Substanz in In-vitro-Tests auf Hemmung der APOBEC3G- und vif-abhängigen Virusreplikation als sehr vielversprechend. Auch wenn der genaue molekulare Wirkort in weiteren Tests erst noch ermittelt werden muss, stellt diese Molekülstruktur aufgrund der bisherigen Testergebnisse bereits eine vielversprechende Basis für weitere Derivatisierungen dar.rn

Long-term follow-up of patients with Bartter syndrome type I and II

BACKGROUND: Little information is available on a long-term follow-up in Bartter syndrome type I and II. METHODS: Clinical presentation, treatment and long-term follow-up (5.0-21, median 11 years) were evaluated in 15 Italian patients with homozygous (n = 7) or compound heterozygous (n = 8) mutations in the SLC12A1 (n = 10) or KCNJ1 (n = 5) genes. RESULTS: Thirteen new mutations were identified. The 15 children were born pre-term with a normal for gestational age body weight. Medical treatment at the last follow-up control included supplementation with potassium in 13, non-steroidal anti-inflammatory agents in 12 and gastroprotective drugs in five patients. At last follow-up, body weight and height were within normal ranges in the patients. Glomerular filtration rate was <90 mL/min/1.73 m(2) in four patients (one of them with a pathologically increased urinary protein excretion). In three patients, abdominal ultrasound detected gallstones. The group of patients with antenatal Bartter syndrome had a lower renin ratio (P < 0.05) and a higher standard deviation score (SDS) for height (P < 0.05) than a previously studied group of patients with classical Bartter syndrome. CONCLUSIONS: Patients with Bartter syndrome type I and II tend to present a satisfactory prognosis after a median follow-up of more than 10 years. Gallstones might represent a new complication of antenatal Bartter syndrome.

Do new biologics meet the unmet medical need in rheumatoid arthritis? Safety and efficacy of abatacept following B-cell depletion

Sir, anti TNF-α agents (aTNFs) are the most commonly prescribed biological agents in RA. More recently abatacept (ABA), a T-cell costimulation modulator, and rituximab (RTX), a monoclonal antibody directed against CD20, have become available. Observational studies suggest that switching to a new drug class may be more effective in uncontrolled RA than switching to a class of biologics to which the patient had unsuccessfully been exposed [1]. Information about the efficacy and safety of cycling strategies through third-line biologics is lacking. This study aimed to analyse the effectiveness and safety of switching patients to ABA as the third biological class after failure of aTNF plus RTX. The Swiss Clinical Quality Management (SCQM) programme for RA is a longitudinal population-based cohort, which has been approved by the local ethics committees of all participating centres [2]. For this analysis, we collected all the …

Plant immunostimulants-Scientific paradigm or myth?

In traditional medicine, numerous plant preparations are used to treat inflammation both topically and systemically. Several anti-inflammatory plant extracts and a few natural product-based monosubstances have even found their way into the clinic. Unfortunately, a number of plant secondary metabolites have been shown to trigger detrimental pro-allergic immune reactions and are therefore considered to be toxic. In the phytotherapy research literature, numerous plants are also claimed to exert immunostimulatory effects. However, while the concepts of plant-derived anti-inflammatory agents and allergens are well established, the widespread notion of immunostimulatory plant natural products and their potential therapeutic use is rather obscure, often with the idea that the product is some sort of "tonic" for the immune system without actually specifying the mechanisms. In this commentary it is argued that the paradigm of oral plant immunostimulants lacks clinical evidence and may therefore be a myth, which has originated primarily from in vitro studies with plant extracts. The fact that no conclusive data on orally administered immunostimulants can be found in the scientific literature inevitably prompts us to challenge this paradigm.

Evolution of radiographic joint damage in rituximab-treated versus TNF-treated rheumatoid arthritis cases with inadequate response to TNF antagonists

Observational studies have suggested that patients with rheumatoid arthritis (RA) who experience inadequate response to anti-tumour necrosis factor (anti-TNF) agents respond more favourably to rituximab (RTX) than to an alternative anti-TNF agent. However, the relative effectiveness of these agents on long-term outcomes, particularly in radiographic damage, remains unclear.

Targeting the insulin-like growth factor-1 receptor in human cancer

The insulin-like growth factor (IGF) signaling system plays a crucial role in human cancer and the IGF-1 receptor (IGF-1R) is an attractive drug target against which a variety of novel anti-tumor agents are being developed. Deregulation of the IGF signaling pathway frequently occurs in human cancer and involves the establishment of autocrine loops comprising IGF-1 or IGF-2 and/or IGF-1R over-expression. Epidemiologic studies have documented a link between elevated IGF levels and the development of solid tumors, such as breast, colon, and prostate cancer. Anti-cancer strategies targeting the IGF signaling system involve two main approaches, namely neutralizing antibodies and small molecule inhibitors of the IGF-1R kinase activity. There are numerous reports describing anti-tumor activity of these agents in pre-clinical models of major human cancers. In addition, multiple clinical trials have started to evaluate the safety and efficacy of selected IGF-1R inhibitors, in combination with standard chemotherapeutic regimens or other targeted agents in cancer patients. In this mini review, I will discuss the role of the IGF signaling system in human cancer and the main strategies which have been so far evaluated to target the IGF-1R.

Antisense molecules for targeted cancer therapy

The efficacy of traditional anti-cancer agents is hampered by toxicity to normal tissues, due to the lack of specificity for malignant cells. Recent advances in our understanding of molecular genetics and tumor biology have led to the identification of signaling pathways and their regulators implicated in tumorigenesis and malignant progression. Consequently, novel biological agents were designed which specifically target key regulators of cell survival and proliferation activated in malignant cells and thus are superior to unspecific cytotoxic agents. Antisense molecules comprising conventional single-stranded antisense oligonucleotides (ASO) and small interfering RNA (siRNA) inhibit gene expression on the transcript level. Thus, they specifically target the genetic basis of cancer and are particularly useful for inhibiting the expression of oncogenes the protein products of which are inaccessible to small molecules or inhibitory antibodies. Despite the somewhat disappointing results of recent antisense oncology trials, the identification of new cancer targets and ongoing progress in ASO and siRNA technology together with improvements in tumor targeted delivery have raised new hopes that this fascinating intervention concept will eventually translate into enhanced clinical efficacy.

First clinical experience with anecortave acetate (Retaane)

BACKGROUND: Anecortave acetate is an angiostatic cortisene which is injected as a posterior juxtascleral depot and has been shown to be effective in the treatment of exudative age-related macular degeneration (AMD). The compound is not yet approved in Switzerland but can be used as "compassionate use" in individual cases. PATIENTS AND METHODS: An uncontrolled case series with standardised documentation of ETDRS visual acuity, near acuity, need for magnification and fluorescein angiography was performed. RESULTS: 22 eyes of 19 patients (8 male, 11 female, average age 78.8 years) were treated with a posterior juxtascleral depot injection (PJD) of 15 mg anecortave acetate. The mean change in visual acuity after 3 months in eyes treated with anecortave acetate was -2.6 ETDRS letters corresponding to 0.52 Snellen lines. 3/20 eyes gained more than 1 line. 11/20 eyes showed stable visual acuity (+/- 1 Snellen line, +/- 5 ETDRS letters). 5/20 eyes developed moderate vision loss (one to two Snellen lines, 6-10 ETDRS letters). 1/20 lost 18 ETDRS letters (> 3 Snellen lines). There were no moderate or severe adverse events. CONCLUSIONS: A PJD of 15 mg anecortave acetate is safe and well tolerated. In eyes with occult CNV without recent progression or with residual neovascular activity after photodynamic therapy anecortave acetate may be an alternative therapeutic option before considering intravitreal anti-VEGF agents due to the much less invasive character and lower risk profile.

Brain edema and increased intracranial pressure in the pathophysiology of bacterial meningitis

A number of advances in our understanding of the pathophysiology of bacterial meningitis have been made in recent years. In vivo studies have shown that bacterial cell wall fragments and endotoxins are highly active components, independent of the presence of viable bacteria in the subarachnoid space. Their presence in the cerebrospinal fluid is associated with the induction of inflammation and with the development of brain edema and increased intracranial pressure. Antimicrobial therapy may cause an additional increase of harmful bacterial products in the cerebrospinal fluid and thereby potentiate these pathophysiological alterations. These changes may contribute to the development of brain damage during meningitis. Some promising experimental work has been directed toward counteracting the above phenomena with non-steroidal or steroidal anti-inflammatory agents as well as with monoclonal antibodies. Although considerable advances have been made, further research needs to be done in these areas to improve the prognosis of bacterial meningitis.

Acute coronary syndromes: management and secondary prevention

Acute coronary syndromes represent a broad spectrum of ischemic myocardial events including unstable angina, non-ST elevation myocardial infarction and acute ST elevation myocardial infarction, which are associated with high morbidity and mortality. They constitute the most frequent cause of hospital admission related to cardiac disease. Early diagnosis and risk stratification are essential for initiation of optimal medical and invasive management. Therapeutic measures comprise aggressive antiplatelet, antithrombotic, and anti-ischemic agents. In addition, patients with high-risk features, notably positive troponin, ST segment changes and diabetes, benefit from an early invasive as compared to a conservative strategy. Importantly, lifestyle interventions, modification of the risk factor profile, and long-term medical treatment are of pivotal importance in reducing the long-term risk of recurrence.

Mycobacterium tuberculosis NAD+-dependent DNA ligase is selectively inhibited by glycosylamines compared with human DNA ligase I

DNA ligases are important enzymes which catalyze the joining of nicks between adjacent bases of double-stranded DNA. NAD1-dependent DNA ligases (LigA) are essential in bacteria and are absent in humans. They have therefore been identified as novel, validated and attractive drug targets. Using virtual screening against an in-house database of compounds and our recently determined crystal structure of the NAD1 binding domain of the Mycobacterium tuberculosis LigA, we have identified N1, Nn-bis-(5-deoxy-a-D-xylofuranosylated) diamines as a novel class of inhibitors for this enzyme. Assays involving M.tuberculosis LigA, T4 ligase and human DNA ligase I show that these compounds specifically inhibit LigA from M.tuberculosis. In vitro kinetic and inhibition assays demonstrate that the compounds compete with NAD1 for binding and inhibit enzyme activity with IC50 values in the mM range. Docking studies rationalize the observed specificities and show that among several glycofuranosylated diamines, bis xylofuranosylated diamines with aminoalkyl and 1, 3-phenylene carbamoyl spacers mimic the binding modes of NAD1 with the enzyme. Assays involving LigA-deficient bacterial strains show that in vivo inhibition of ligase by the compounds causes the observed antibacterial activities. They also demonstrate that the compounds exhibit in vivo specificity for LigA over ATPdependent ligase. This class of inhibitors holds out the promise of rational development of new anti-tubercular agents.