Без кейворду

Протиракові препарати з Коралового рифу: Перспективи та сподівання

У багатьох випадках діагноз “рак” більше не є смертельним вироком, яким він був колись. Вражаючі досягнення в трьох класичних методах лікування (променева, хірургічна та хіміотерапія), а також більш сучасні підходи, такі як фотодинамічна терапія, дають нову надію багатьом пацієнтам.

З цих різних форм медичного втручання, можливо, хіміотерапія має найбільші перспективи для вибіркового знищення ракових клітин, в той же час зводячи до мінімуму побічні пошкодження навколишніх тканин. У типовому режимі хіміотерапії пацієнта лікують одним або декількома хімічними агентами, які або вибірково вбивають ракові клітини безпосередньо, або сприяють загибелі ракових клітин непрямим шляхом, наприклад, порушуючи мережу кровопостачання солідних пухлин. Багато з цих хімічних речовин походять з природних джерел у навколишньому середовищі, тоді як інші протиракові хіміотерапевтичні препарати повністю розроблені вченими-фармацевтами на основі сучасних знань про механізми виникнення раку. Селективність знищення ракових клітин без шкоди для здорових клітин є центральним елементом цих протоколів лікування, а добре відомі побічні ефекти хіміотерапії (втрата волосся, нудота, ослаблення імунітету тощо) є постійним нагадуванням про те, що залишається ще багато можливостей для прогресу.

Чи будуть реалізовані обіцянки щодо створення повністю селективних протиракових ліків за нашого життя, залишається невідомим, але захоплюючі розробки коралових рифів та їх мешканців надають впевненості в тому, що найкраще ще попереду. Насправді, хімія коралових рифів все більше виходить на перший план у пошуку нових ліків взагалі, оскільки давня догма про те, що тропічні дощові ліси стануть світовою фармакопеєю, не витримала повторної перевірки (Cragg, 2005), незважаючи на те, що в них росте більше половини з 250 000 відомих у світі видів рослин. Вся концепція пошуку фармацевтичних агентів у морському середовищі була підтверджена виділенням та ідентифікацією деяких простих аналогів нуклеїнових кислот, названих спонготимідином і спонгуридином, з карибської губки Cryptotethya crypta понад 50 років тому (Bergmann and Feeney, 1950, 1951; Bergmann and Burke, 1955). Ці (на той час) безпрецедентні структури наштовхнули хіміків на думку, а потім і на розробку структурно споріднених аналогів для тестування проти цілого ряду захворювань людини, включаючи рак і СНІД. Кілька успішних препаратів було створено на основі цього дослідження губчастих ізолятів, включаючи антилейкемічний засіб ara-C (Upjohn, зараз Pharmacia), противірусну сполуку ara-A (Burrows Wellcome, зараз Glaxo SmithKline) та перше ефективне лікування проти СНІДу, AZT. Цікаво, що згодом було виявлено, що повністю синтетичний аналог спонготимідину ара-А є природним метаболітом середземноморської горгони Eunicella cavolini (Newman and Craig, 2004).

Відкриття потенційно рятівних для життя ліків з мешканців рифів піднімає глибокі питання екології та економіки. Чи етично експлуатувати, можливо, аж до вимирання, організми-продуценти заради порятунку людських життів? Крихкий стан тропічних рифів, що погіршується, вже давно задокументований, і можна стверджувати, що широкомасштабний видобуток сидячих організмів може ще більше посилити цей занепад. На щастя, новітні технології марикультури і, окремо, генної інженерії, можуть забезпечити стале рішення. Як буде задокументовано нижче, значні кількості деяких протиракових хіміотерапевтичних сполук свинцю можуть бути отримані з організмів, вирощених за допомогою марикультури. Ще більш привабливе, але, можливо, більш віддалене рішення може випливати із спостереження, що багато, і, можливо, більшість хіміотерапевтичних агентів, отриманих з морських видів, насправді синтезуються симбіотичними мікроорганізмами, які живуть в губці, коралі тощо. Культивування цих мікроорганізмів у лабораторії та/або клонування генів, відповідальних за біосинтез сполук, що представляють інтерес, у добре розвинених бактеріях, є активним і постійним завданням. Ці зусилля знаходяться на передньому краї досліджень морських природних продуктів, і вони є найкращою надією на задоволення потенційно суперечливих цілей порятунку рифів і поліпшення здоров’я людей. Для того, щоб створити основу для ролі рифової флори і фауни в хіміотерапії раку, нижче наводиться короткий і (надмірно) спрощений опис всього підприємства хіміотерапії раку.

Розробка нових протиракових препаратів – складне завдання, що вимагає скоординованих зусиль колективів вчених з усіх галузей хімічної та біологічної науки. Основна проблема, яку необхідно вирішити, – це селективність, оскільки ракові клітини – це звичайні клітини, механізми росту яких вийшли з-під контролю, свідомо і точно націлити їх на знищення, не завдаючи шкоди аналогічним здоровим клітинам, залишається складним завданням. Тим не менш, багато корисних відмінностей відрізняють ракові клітини від їх неракових родичів, і ці відмінності стають центром зусиль по розробці ефективних протиракових агентів. Хоча детальне обговорення біохімічної основи цієї розбіжності виходить за рамки цієї статті, варто зазначити, що відмінності в кровопостачанні, вмісті кисню, доступі до ДНК і хімічних сигнальних шляхах, серед багатьох інших факторів, були виявлені і використані в цьому відношенні. На щастя, цей широкий спектр різної поведінки/характеристик між раковими та здоровими клітинами гарантує, що існує більше одного способу вирішення проблеми селективної цитотоксичності (= вбивства клітин), тому багато різних типів молекул можуть бути досліджені на предмет їх здатності діяти як цитотоксини проти раку.

Будь-який потенційний кандидат на хіміотерапевтичне лікування раку повинен пройти сувору серію випробувань, перш ніж отримати схвалення FDA на комерціалізацію. Процес, як правило, починається з основного питання про те, чи буде молекула насправді вбивати ракові клітини. Ці типи аналізів зазвичай проводяться in vitro на панелі з 60 різних типів ракових клітин, що зберігаються в репозиторії Національного інституту раку (NCI). Крім того, деякі механізми, за допомогою яких молекули можуть вбивати ракові клітини, є непрямими, тому можуть також проводитися додаткові випробування на цілих тваринах та/або моделях ксенотрансплантатів. Успіх на цьому рівні призводить до подальшого тестування in vitro токсичності проти нормальних клітинних ліній тощо.

Результати доклінічних випробувань протипухлинних препаратів зазвичай наводяться у вигляді значень ED₅₀ значення, що являє собою ефективна доза яка вбиває 50% ракових клітин. Ці значення ED₅₀ зазвичай вказуються в одиницях концентрації: частки моля/літр (л), де 1 моль = 6 х 10 23 молекул. Чим менше значення Е₅₀Чим нижча концентрація сполуки, необхідна для того, щоб викликати загибель ракових клітин, тим більша ймовірність того, що молекула залишиться на шляху до подальшого дослідження. Неофіційним порогом, нижче якого сполуки вважаються активними, а отже, кандидатами для подальшого вивчення, є низький мікромолярний рівень (мМ, 1 мМ = 1 0-6 молей/л, або близько 1 частини на мільйон для типової молекули розміром з лікарський засіб). Якщо ЕД₅₀ > ~ 10 мМ, то малоймовірно, що молекула буде достатньо селективною для своєї біологічної мішені, порівняно з іншими можливими місцями взаємодії, щоб залишатися життєздатним хіміотерапевтичним кандидатом. Як детально описано далі в цій статті, протиракові молекули з рифового середовища, які були відібрані для подальшої розробки, всі мають ED₅₀ в діапазоні від наномолярного (нМ, 1 нМ = 1 0-9 молей/л, або близько 1 частини на мільярд для типової молекули лікарського розміру) до пікомолярного (пМ, 1 пМ = 1 0-12 молей/л, або близько 1 частини на трильйон для типової молекули лікарського розміру).

Молекула стає кандидатом для тестування на людях, якщо вона проявляє одночасно токсичність проти ракових клітин і переноситься здоровими клітинами/цілими тваринами. Випробування на людях жорстко регламентовані з етичних міркувань і проходять за трифазним протоколом. Спочатку проводяться випробування першої фази. Ці випробування включають лікування невеликої кількості здорових (оплачуваних) добровольців препаратом-кандидатом для того, щоб з’ясувати, чи переноситься ця сполука людьми. Якщо не виявлено жодних побічних ефектів, можна розпочинати фазу II випробувань. У цій частині процесу перевірки ліків набирається невелика кількість пацієнтів з різними видами раку, які не реагують на інші методи лікування. Переважного успіху не очікується, оскільки ці види раку, як правило, є рефрактерними і не піддаються звичайному лікуванню. Тим не менш, будь-які ознаки поліпшення є обнадійливими, навіть якщо рак не знищений. Препарати-кандидати, які продовжують демонструвати терапевтичний потенціал на цьому етапі, потім переходять у фазу III випробувань, в якій вони призначаються широкому колу онкохворих. Під час цих випробувань, які можуть бути досить тривалими, визначаються режими дозування, довготривала переносимість та терапевтична ефективність. Зрештою, якщо препарат-кандидат витримує ці експериментальні випробування, зібрані дані подаються на оцінку до FDA. Схвалення FDA для комерційного продажу призводить до появи нового протиракового препарату на ринку. Поки тривають ці випробування на людях, досліджуються також важливі питання, пов’язані з фармакокінетикою, методами доставки ліків, алергічними реакціями тощо. FDA не відіграє пасивної ролі в цьому процесі тестування; навпаки, вона уважно стежить за прогресом з метою “прискореного” виведення на ринок будь-яких перспективних кандидатів. Деякі дуже гострі питання, такі як використання плацебо для підтвердження результатів випробувань, виникають у зв’язку з тим, що потенційно життєво важливі препарати піддаються цим тривалим експериментам, і на цей процес чиниться багато тиску з боку лікарів, пацієнтів і розробника препарату, як правило, великої фармацевтичної фірми.

• Failure rate of all preclinical drug candidates: >> 99.9%
• Рівень невдач доклінічних протиракових природних препаратів-кандидатів, до 1981 року: ~ 96% (Bhakuni, 2005) (природний продукт = дискретна хімічна речовина, яка видобувається з живого організму)
• Частота невдач для всіх кандидатів на лікарські засоби І фази: ~ 30%
• Частота невдач для всіх препаратів-кандидатів II фази: ~ 50%
• Частота відмов для всіх препаратів-кандидатів III фази: ~ 50%
• Невдача після маркетингу: ~ 10% (Boreman, 2006)
• Розробка нового лікарського засобу, від відкриття до комерціалізації, коштує близько 1,2 мільярда доларів у поточному еквіваленті (Hileman, 2006).

Ці переконливі цифри дають зрозуміти, що відкриттю нових сполук свинцю приділяється велика увага. У період з 1981 по 2002 рік на ринок було виведено 79 нових протиракових препаратів (Newman, 2003). З цих молекул 30 були вилучені з природних джерел (або були отримані з молекул, вилучених з природних джерел), часто керуючись народною медициною. Фактично, NCI підтримує постійно зростаюче сховище з більш ніж 60 000 зразків рослин і морських організмів, доступних для тестування, і щороку додається близько 700 нових морських зразків. Жоден з організмів-джерел для цих 79 препаратів не мав морського походження, що відображає ранній ухил до вивчення більш доступної наземної флори, оскільки збір морських зразків до недавнього часу був не дуже практичним. Однією з реальних історій успіху, яка з’явилася в результаті цих зусиль, є протираковий препарат таксол (1 торгова назва: паклітаксел), спочатку виділений з кори тихоокеанських тисових дерев, рис. 1. Знадобилося понад 20 років, щоб провести цю сполуку через усі етапи виділення, структурної/хімічної роботи та біологічних випробувань, необхідних для отримання схвалення FDA, але в 1993 році вона стала доступною для онкохворих. Таксол схвалений для використання проти раку яєчників, легенів і молочної залози, а також саркоми Капоші. З моменту його випуску в продаж він залишається найбільш продаваним протираковим препаратом, з максимальними річними продажами в ~ 1,6 мільярда доларів у 2000 році та 0,9 мільярда доларів у 2004 році.

Рисунок 1. Таксол (1) та його джерело – тихоокеанське тисове дерево.

У цій статті хімічні структури протипухлинних сполук, що розглядаються, будуть подані у графічному зображенні, яким зазвичай користуються хіміки-органіки. Мова” органічної хімії, як і будь-яка мова, має свої власні правила граматики, структуру речень, скорочення та іконографію. Заглиблення в ці деталі виходить за рамки цієї статті, але основні висновки з цих зображень молекул полягають в тому, що (1) всі вони є складними, з багатьма атомами і багатьма зв’язками між атомами, і (2) всі вони дуже відрізняються одна від одної. Вони є лише коротким оглядом всього портфоліо потенційно активних лікарських засобів, і з’ясування взаємозв’язку між інтимними деталями їх молекулярної структури та виявленою протираковою активністю займає значну частину фармацевтичних досліджень. Передумовою цих досліджень є те, що якщо можна визначити набір “правил”, які пов’язують структуру з функцією для будь-якої сполуки, то ця інформація може допомогти в розробці нових лікарських засобів для лікування цього захворювання, але, можливо, з перевагами, недоступними для сполук, отриманих природним шляхом. Саме ця мета є рушійною силою більшої частини фармацевтичної промисловості.

Звідки з’явиться наступний таксол? Це ключове питання, яке привертає увагу тисяч вчених-фармацевтів, онкологів та медичних дослідників. Привабливість природних джерел для отримання протиракових препаратів залишається високою з різних причин, але суть полягає в статистичному аргументі: якби всю матерію у Всесвіті перетворити на випадкові, різні та унікальні молекули, схожі на ліки, їх все одно не вистачило б для того, щоб гарантувати, що активний препарат (від будь-якої хвороби) буде в руках – занадто багато структурних змінних задіяно. Цей протверезний висновок випливає з порівняння передбачуваної маси Всесвіту (~3 x 10 55 gm) to the most commonly cited calculated number of conceivable drug-like molecular entities (>10 60 різних і дискретних хімічних структур, які мають характеристики, характерні для молекул наркотиків). Виникає питання, як можна підвищити ці нескінченно малі шанси знайти наркотик? Якщо скринінг випадкових молекул є марним, чи можуть будь-які джерела молекул бути за своєю природою упередженими в бік бажаної біологічної активності? Багато дослідників у цій галузі вважають, що найкращим варіантом є молекули, отримані з природних джерел (“природні продукти”), оскільки структура та хімізм природних продуктів еволюціонували протягом геологічного часу, щоб слугувати ефективними партнерами для білкових рецепторів, ключової події на молекулярному рівні, яка визначає потенціал молекули діяти як лікарський засіб (Williams, 1989).

Однією з відправних точок є просте спостереження за організмами в їх природному середовищі існування з метою виявлення поведінки, яка може сигналізувати про виробництво (цито)токсичних матеріалів. Нерухомі організми (наприклад, рослини, сидячі морські безхребетні) спілкуються за допомогою хімічних речовин, і повідомлення, які вони надсилають і отримують, включають всі форми поведінки, від шлюбних закликів до захисту від хижаків до нападу/підкорення здобичі або конкурентів. Хіміки, які проводять скринінг потенційних протиракових агентів, звертають особливу увагу на повідомлення, які є смертельними для їх одержувачів. Якщо організм виробив ефективний цитотоксин, імовірно, для використання проти іншого організму в своєму середовищі, чи може ця молекула бути кооптована, щоб служити в якості селективно летального агента проти ракових клітин? Ці спостереження дають величезну фору на шляху до відкриття ліків.

Морське середовище пропонує мисливцям за наркотиками деякі привабливі особливості, яких немає в наземному середовищі. Перш за все, це видове різноманіття. Підраховано, що в морському середовищі мешкає від одного до двох мільйонів різних видів (переважно мікробних) організмів. Майже всі ці види зосереджені або в~1% прикордонної території між морем і сушею, де багато рифів, або поблизу глибоководних термальних джерел (Simmons, 2005). Близькість сприяє просторовій конкуренції, особливо за життєвий простір серед сидячих безхребетних. Ця неминучість, очевидно, призвела до розвитку складних хімічних арсеналів у багатьох з цих організмів. Другою особливістю морських організмів, яка рекомендує їх для пошуку наркотиків, є, як правило, висока ефективність їх хімічних агентів. На відміну від своїх наземних побратимів, морські організми повинні долати величезні фактори розведення, пов’язані з розсіюванням хімічних речовин у морі. Ці хімічні агенти повинні бути ефективними при дуже низьких концентраціях, які досягаються за рахунок розведення морською водою. Як наслідок, деякі з найпотужніших відомих цитотоксинів були знайдені в екстрактах морських організмів. До 2004 року з морських джерел було виділено та охарактеризовано приблизно 16 000 окремих хімічних сполук (Bhakuni, 2005), хоча лише частина цих видів була піддана детальній біологічній оцінці як хіміотерапевтичні агенти для лікування будь-яких захворювань.

В даний час близько 22 природних продуктів морського походження перебувають у фазі I, II або III клінічних випробувань на протиракову ефективність (Newman, 2006). Нижче наведено опис чотирьох перспективних кандидатів, і, крім того, згадується цікавий доклінічний кандидат на основі м’яких коралів, дослідження якого отримало пряму вигоду від морської декоративної торгівлі (тобто, рифового хобі).

E cteinascidin 743 (2) був виділений з тунікату, Ecteinascidia turbinata (часто званого “морським спринцівкою”), виду м’якотілих фільтраторів, знайдених в Карибському і Середземному морях, рис. 2 (Cragg, 2005; див. також Newman, 2006a). У тому, що має стати загальною темою в обговоренні організмів-виробників, подальше вивчення тунікати показало, що фактично симбіотичний мікроорганізм, Endoecteinascidia frumentensis, виявився фактичним джерелом ектеїнасцидину 743.

Попередні скринінгові експерименти ектінасцидину 743 in vitro проти клітинних ліній раку яєчників, молочної залози та недрібноклітинного раку легенів виявили дивовижну ефективність, аж до пікомолярного діапазону, або близько 0,7 частин на трильйон! Подальші випробування першої фази визначили допустимі режими доз для застосування проти раку людини, і в даний час проводяться випробування другої та третьої фаз. Загалом, приблизно 2000 онкохворих отримали лікування ектінасцидином 743, і найбільш багатообіцяючі результати були отримані в дослідженнях раку яєчників та саркоми м’яких тканин (STS). В одному дослідженні пацієнтів з раком яєчників (загальна п’ятирічна виживаність ~ 20%), у 10 з 29 пацієнтів (35%) спостерігалося зменшення пухлини без рецидиву через шість місяців. Саркоми м’яких тканин є агресивними видами раку з несприятливим довгостроковим прогнозом (загальна п’ятирічна виживаність ~ 8%). Лікування групи з 183 пацієнтів з СТС за допомогою ектінасцидину 743 призвело до наступних багатообіцяючих результатів: У 14 пацієнтів спостерігалося зменшення пухлини більше ніж на 50%, у 14 – на 25-50%, а у 66 – стабілізація пухлини (відсутність росту або зменшення). Ці обнадійливі результати ставлять ектінасцидин 743 на перше місце серед протипухлинних препаратів, отриманих з морських організмів, і схвалення для комерціалізації компанією Ortho Biotech (Johnson & Johnson) очікується десь у 2006 році. Однак, виловлювати організм-продуцент для отримання препарату, враховуючи обсяги, необхідні для широкого лікування, було б непрактично, оскільки з однієї тонни тунікатів (приблизно вага американського бізона) можна було б отримати лише 1 грам сполуки (приблизно вага пачки штучного підсолоджувача). В якості альтернативи хіміки розробили промисловий синтез цієї складної молекулярної архітектури на основі легкодоступного і структурно спорідненого продукту бактеріальної ферментації під назвою сафраміцин.

Малюнок 2. Ектінасцидин 743 (2) та його номінальне джерело, туніка Ecteinascidia turbinata.

Біохімічний механізм, за допомогою якого ектінасцидин 743 вибірково вбиває пухлинні клітини, є предметом активних досліджень, і ця історія ще далека від завершення. Виявляється, він хімічно реагує з певними сегментами ДНК і через ці взаємодії порушує нормальний біохімічний механізм зчитування та репарації ДНК. Конкретні гени, які атакує ектінасцидин 743, кодують білки, що регулюють кілька аспектів клітинного поділу, але решта клітинної ДНК, схоже, не зазнає іншого впливу. Крім того, ектінасцидин 743 втручається в механізми репарації ДНК, що є ще однією потенційно летальною дією. Основа цієї випадкової переваги ДНК залишається незрозумілою, але вона може бути використана для знищення ракових клітин з достатньою селективністю, щоб кваліфікувати ектінасцидин 743 як корисний лікарський засіб.

Уристатин (3), повністю синтетичний аналог природного морського ізоляту доластатину 10 (4), відрізняється від природного матеріалу лише видаленням зеленої тіазольної одиниці в 4 (рис. 3) (Cragg, 2005). Доластатин 10 спочатку був виділений з морського зайця Індійського океану, Dolabella auricularia, звичайного водоростеїда, який широко доступний в торгівлі морськими акваріумами (рис. 3). Подальші дослідження показали, що морський заєць насправді не виробляє деластатини (на сьогоднішній день було ідентифіковано більше десятка споріднених видів), а скоріше просто вилучає їх зі свого раціону, імовірно, щоб діяти як частина свого захисного арсеналу. Фактичним джерелом доластатинів є ціанобактерії, на яких пасеться Dolabella (тобто Symploca sp. VP642, Symploca hynoides і Lyngbya majuscule), і деякі з доластатинів були виділені з цих первинних джерел. Кількість доластатинів, які можна отримати з морських зайців, мізерно мала: близько 10 міліграмів (~ вага неочищеного рисового зерна) доластатину 10 з 10 000 морських зайців, і тому для отримання препаратів для тестування використовується повний хімічний синтез, як природних продуктів, так і більш перспективних аналогів, таких як аурістатин.

Рисунок 3. Ауристатин (3), доластатин 10 (4) та номінальне джерело доластатину 10 – морський заєць Dolabella auricularia.

Попередні скринінги in vitro проти різних ліній ракових клітин виявили надзвичайно потужну цитотоксичність для деластатину 10, подібно до ектінасцидину 743, аж до пікомолярного рівня (~1 частина на трильйон), проти раку яєчників, недрібноклітинного раку легенів та мієлоїдної лейкемії, серед іншого. Подальша токсикологія та дослідження ІІ фази принесли лише розчарування, оскільки виявилося, що проблеми із загальною токсичністю агента і, як наслідок, його незначні протипухлинні ефекти в допустимих дозах, зробили його непридатним для подальшого розвитку. Однак модульна структура деластатинів (лінійна послідовність амінокислот) сприяла пошуку структурних модифікацій, які могли б зберігати протипухлинну активність, але пригнічувати системну цитотоксичність. Одним з таких аналогів є ауристатин. Він показав меншу ефективність in vitro, ніж доластатин 10, діючи приблизно на рівні 1 частина на мільярд проти недрібноклітинного раку легенів, але він не несе тягаря системної цитотоксичності, яка зірвала зусилля з розробки препарату доластатин 10. Фаза I випробувань ауристатину була завершена, і в даний час цей протипухлинний засіб знаходиться у фазі II, а фаза III випробувань розпочнеться найближчим часом. Дані у відкритій літературі щодо ауристатину обмежені, але один звіт вказує на те, що у 4 з 44 пацієнтів з недрібноклітинним раком легенів спостерігалася повна або часткова відповідь на вплив цього препарату-кандидата на організм.

Біохімічний механізм дії ауристатину та деластатинів значно відрізняється від механізму дії ектінасцидину 743, оскільки ці препарати, отримані з Dolabella, не діють на ДНК клітини. Швидше за все, вони взаємодіють з компонентами клітинного каркасу, який необхідний для успішного поділу клітин. Ця взаємодія порушує нормальні процеси клітинного поділу, і в кінцевому підсумку клітина гине. Деталі цих взаємодій все ще активно досліджуються. Основа селективності ракових клітин по відношенню до здорових не відома, але вона може бути не більш складною, ніж той факт, що ракові клітини безперервно діляться і тому чутливі до втручання в механізм їх поділу, в той час як нормальні клітини в основному перебувають у стані спокою.

E 7389 (5) – загальна назва синтезованого похідного губчастого ізоляту галіхондрину B (6) (рис. 4) (Cragg, 2005, and Newman, 2006b). E7389 демонструє протираковий профіль, подібний до профілю вихідного 6, але значно спрощена структура E7389 (зелена половина галіхондрину B була видалена) робить його набагато привабливішим кандидатом для розробки лікарських засобів. Галіхондрин В та структурно споріднені з ним сполуки були виділені з декількох видів губок, включаючи Halichondria okadai з вод Японії, Axinella sp. із західної частини Тихого океану, Phakellia carteri зі східної частини Індійського океану та Lisodendoryx sp. з глибоководних вод біля узбережжя Нової Зеландії. Результати перших досліджень цитотоксичності викликали достатній інтерес до потенціалу галіхондрину В як протиракового засобу, що призвело до проведення масштабної програми збору зразків. В результаті цих зусиль було отримано близько 300 міліграмів 6 (близько ваги таблетки аспірину) з 2200 фунтів ліссодендоріксу (близько ваги спортивного автомобіля Toyota Spyder), зібраного по всій Новій Зеландії. Пізніше в ході цих досліджень було виявлено, що цю губку можна успішно розводити в аквакультурі на глибині менше 30 футів, причому з використанням порівнянних кількостей галіхондрину В.

Малюнок 4. E7389 (5), галіхондрин B (6) та номінальне джерело галіхондрину B, губка роду Lissodendoryx.

Взаємозв’язок між морськими губками, потенційними фармацевтичними агентами та захопленням збереженням рифів заслуговує на додаткові коментарі. Губки здаються справжніми фабриками натуральних продуктів морського середовища з точки зору величезного обсягу та структурної різноманітності отриманих натуральних продуктів. Насправді, багато недавніх досліджень показали, що самі губки, ймовірно, вносять незначний хімічний внесок у збірку цих сполук; скоріше, губки в основному є сховищами для багатьох видів симбіотичних бактерій та іншої мікрофлори, які фактично виконують біосинтез виділених хімічних видів. Фактично, мікрофлора багатьох губок становить більше половини сухої ваги губки (Piel, 2004)! Спостереження, що галіхондрин В можна знайти в губках з такої великої кількості географічно розрізнених місць, узгоджується з припущенням, що за його біосинтез відповідає мікроорганізм, який живе в різних губках і є спільним для них. Підтвердження цієї гіпотези поки що не з’явилося. З точки зору сучасного стану і майбутніх напрямків хімії морських природних продуктів, губки, або, точніше, мікроорганізми, які співіснують в них, виявляються явним центром уваги. Збір губок може бути ризикованою справою, з великими проблемами стійкості, ідентифікації та доступу (політична проблема). В якості альтернативи, аквакультура губок як цілеспрямований засіб збору їх природних продуктів все ще знаходиться в зародковому стані. Саме в цій галузі любителі рифів готові мати значний вплив. Можна стверджувати, що сфера вирощування губок зараз знаходиться там, де 20 або близько того років тому стояло вирощування дрібних поліпів кам’янистих коралів. Деякі губки настільки ж барвисті і зчленовані, як і найбажаніші кам’янисті корали, але знання про догляд за ними і виживання в рифових резервуарах залишаються недостатньо розвиненими (Shimek, 2005). Якщо члени рифового хобі, які шукають виклик, звернуть свою увагу на визначення умов, за яких різні губки можуть пережити імпорт, розмноження та життя в рифовому резервуарі в цілому, то, можливо, великі імпортери та продавці морських декоративних рослин почнуть зариблювати та продавати їх у великих кількостях. У свою чергу, досвід, отриманий у розведенні губок, може мати значний вплив на їх доступність, особливо тих, які були вирощені в контрольованому середовищі.

Такі досягнення у вирощуванні губок можуть лише прискорити пошук натуральних продуктів, отриманих з губок, які можуть стати фармацевтичними лідерами. Якщо ви вирощуєте губки, то наступний блокбастерний препарат може перебувати у вашому акваріумі навіть тоді, коли ви читаєте цю статтю!~Повернемося до галіхондрину: Суб-наномолярний (~ частин на мільярд) ефективність in vitro проти різних ліній ракових клітин, включаючи недрібноклітинний рак легенів, зробила галіхондрин В кандидатом для клінічних випробувань (Newman, 2004). Однак відсутність достатньої кількості матеріалу завадила планам продовження цих досліджень. На щастя, приблизно в той самий час, коли була задокументована попередня біологічна активність, зусилля з хімічного синтезу Йошито Кіші в Гарвардському університеті призвели до створення декількох аналогів галіхондрину В, один з яких, позначений E7389, показав дуже багатообіцяючу активність. Субпікомолярний (

частин на трильйон) цитотоксичність in vitro проти недрібноклітинного раку легенів та низька наномолярна ефективність проти клітинної лінії раку товстої кишки свідчать про те, що усічення молекули галіхондрину В (порівняно з 5 проти 6) не послаблює його протиракових властивостей. Достатня кількість 5 була доступна шляхом хімічного синтезу для продовження клінічних випробувань, і результати фази I продемонстрували хорошу переносимість для цього виду. Наразі тривають випробування фази II, які проводяться спільним підприємством між Національним інститутом раку та компанією Eisai Co., Ltd. для лікування раку молочної залози та легенів (Newman, 2006a), але результати ще не були опубліковані у відкритій літературі.

Біохімічний механізм, за допомогою якого галіхондрин В і, імовірно, Е7389 сприяє загибелі ракових клітин, був детально вивчений (Cragg, 2005). Накопичені на сьогоднішній день дані вказують на сценарій, подібний до описаного для ауристатину, згідно з яким 6 (або 5) вибірково зв’язується з компонентами, що входять до складу внутрішньоклітинного каркасу, який зводиться під час клітинного поділу, і це зв’язування порушує процес складання каркасу, а отже, і нормальний перебіг клітинного поділу. Клітини (що швидко діляться) не можуть впоратися з цим порушенням і гинуть.

Малюнок 5. Бріостатин 1 (7) та його номінальне джерело – моховинка Bugula neritina

Попередні доклінічні дані in vitro для бріостатину 1 були дуже багатообіцяючими, а доступність матеріалу, як описано вище, відкрила шлях до клінічних випробувань. На сьогоднішній день було проведено понад 80 клінічних досліджень на людях, і результатом цих досліджень є те, що бріостатин 1 не є дуже ефективним протираковим засобом при самостійному застосуванні. Однак, дослідження фази 1 і фази II, в яких бріостатин 1 тестувався в поєднанні з іншим відомим протипухлинним засобом, таким як таксол (1), дали набагато більш багатообіцяючі результати. Наприклад, 7 з 11 пацієнтів з недрібноклітинним раком легень позитивно відреагували на цю комбіновану терапію, тоді як в іншому незалежному дослідженні лікування пацієнтів з хронічною лімфоцитарною лейкемією та неходжкінськими лімфомами бріостатином 1 та протипухлинним препаратом флударабіном призвело до 23 об’єктивних відповідей від когорти з 53 пацієнтів. Наразі тривають дослідження ІІ фази для бріостатину 1 у комбінації з іншими відомими протипухлинними препаратами.

Біологічний механізм дії бріостатину ще раз відрізняється від тих, що розглядаються для інших протиракових сполук. Він вибірково зв’язується і таким чином пригнічує функцію критично важливого ферменту клітинного росту, який називається протеїнкіназа С-альфа (PKC- a). Точний механізм, за допомогою якого пригнічення активності PKC-a призводить до загибелі ракових клітин, залишається нерозкритим.

Молюски, особливо м’якотілі корали, є законними джерелами багатьох вторинних метаболітів, які проявляють інтригуючу біологічну активність. На жаль, підмножина метаболітів коралів, які проявляють значну протипухлинну активність порядку описаних вище сполук, на сьогоднішній день є мінімальною. Елеутеробін ( 8 ) (рис. 6) є одним з найбільш перспективних кандидатів з цього невеликого пулу. Спочатку він був виділений з октокоральної Eleutherobia sp. в австралійських водах, і його попередні протиракові тести були обнадійливими. Подальший збір був заборонений з політичних причин, тому проблема томилася до тих пір, поки не було знайдено карибську горгонію Erythropodium caribaeorum, яка давала елеутерокок на рівні 10 міліграмів на кілограм. Згодом матеріал також був отриманий шляхом повного хімічного синтезу. Ця історія набула цікавого повороту, коли було визнано, що E. caribaeorum є “основним продуктом індустрії декоративних акваріумів з морською водою” (Taglialatela-Scafati, 2002). E. caribaeorum, культивовані в рифових акваріумах, дійсно виробляли елеутерокок на рівнях, порівнянних з дикими коралами. У цьому випадку акваріумісти дійсно мали потенційний протираковий препарат у своєму розпорядженні! Питання про те, чи виробляється елеутерокок самим коралом, чи симбіотичним мікроорганізмом, ще не вирішене.

Рисунок 6. Елеутеробін (8) та організм, що його виробляє, горгонія Erythropodium caribaeorum.~Початкові доклінічні скринінги виявили активність in vitro на рівні 10 нМ (

15 частин на мільярд) проти декількох ліній ракових клітин (Lindel, 1997). Однак у відкритій літературі не описано жодних подальших досліджень in vivo. Однією з причин, чому ця сполука викликала і продовжує викликати значний інтерес, є те, що вона виявляє свою цитотоксичність через той самий молекулярний механізм, який використовується клінічно успішним протираковим агентом таксолом ( 1 ). Елеутеробін зв’язується (конкурентно з таксолом) з клітинним каркасом, який збирається під час поділу, і порушує весь процес поділу клітини, що призводить до її загибелі. Подібний механізм був описаний раніше для Е7389, хоча у випадку таксолу та елеутерококу зв’язування препарату перешкоджає розбиранню каркасу у відповідній точці послідовності поділу клітини. З іншого боку, у випадку E7389 переривається сам процес збирання.

Таким чином, дуже багатообіцяюча протиракова активність була задокументована для декількох природних сполук (або їх хімічно синтезованих аналогів), отриманих з організмів, що мешкають у тропічних рифах. Деякі з цих сполук пройшли випробування на людях, і результати залишаються обнадійливими. Якщо будь-яка з цих сполук перейде до комерціалізації, неясно, чи вдасться подолати перешкоди для великомасштабного виробництва. Подальше розширення бази знань щодо аквакультури номінальних продуцентів може лише допомогти цим зусиллям, і саме в цій галузі любителі рифів можуть мати сприятливий вплив. Крім того, майже універсальний висновок про те, що природні продукти, що представляють хіміотерапевтичний інтерес, насправді біосинтезуються мікробними симбіонтами, піднімає інтригуючі питання про взаємозв’язок між “контейнерним” організмом і його оточенням. Як/чому він набирає свою мікрофлору, і як/чому симбіонти стимулюються до виробництва сполук, що представляють інтерес? Вирощування цих сидячих безхребетних в різних, але контрольованих умовах може бути одним із шляхів, за допомогою якого можна отримати певне розуміння цих питань. Знову ж таки, це питання, які могли б виграти від вкладу любителів рифових акваріумів.

Бергманн, В.; Берк, Округ Колумбія, 1955. Внесок у вивчення морських продуктів. XXXIX. Нуклеозиди губок. III. Спонготимидин і спонгуридин. J. Org. Chem. 20, 1501-1507.

Bergmann, W.; Feeney, R. J. 1950. Виділення нового пентозиду тимідину з губок. J. Am. Chem. Soc. 70, 2809-2810.

Бергманн, В.; Фіні, Р. Дж. 1951. Внесок у вивчення морських продуктів. XXXII. Нуклеозиди губок. I J. Org. Chem. 16, 981-987.Бхакуні, Д. С.; Рават, Д. С. 2005. Біоактивні морські природні продукти

. Springer, New York, New York.

Борман, С. 2006. Підвищення ефективності. Хімічні та інженерні новини, випуск від 19 червня, с. 56-78.Cragg, G. M.; Kingston, D. G. I.; Newman, D. J. 2005. Протиракові агенти з природних продуктів

. Тейлор і Френсіс, Нью-Йорк, Нью-Йорк.

Хілеман, Б. 2006. Багато хто сумнівається в ціні фармацевтичних препаратів у 800 мільйонів доларів. Хімічні та інженерні новини, випуск від 19 червня, с. 50.

Lindel, T.; Jensen, P. R.; Fenical, W.; Long, B. H.; Casazza, A. M.; Carboni, J.; Fairchild, C. R. 1997. Eleutherobin, новий цитотоксин, який імітує паклітаксел (таксол) шляхом стабілізації мікротрубочок. J. Am. Chem. Soc. 119, 8744-8745.

Ньюман, Д. Д.; Крагг, Г. М.; Снейдер, К. М. 2003. Натуральні продукти як джерела нових лікарських засобів за період 1981-2002 років. J. Nat. Prod. 66, 1022-1037.

Newman, D. J.; Cragg, G. M. 2004. Морські природні продукти та споріднені сполуки в клінічних та розширених доклінічних випробуваннях. J. Nat. Prod. 67, 1216-1238.

Newman, D. J.; Cragg, G. M. 2006a. Сполуки з океану як ліки та лікарські засоби. Chimica Oggi, в пресі.

Ньюман, Д. Д.; Крагг, Г. М. 2006b. Природні продукти з морських безхребетних та мікробів як модулятори протипухлинних мішеней. Curr. Drug. Targets 7, 279-304.

Piel, J. 2004. Метаболіти з симбіотичних бактерій. Nat. Prod. Rep. 21, 519-538.

Shimek, R. 2005. Ідентифікація та розведення акваріумних губок. http://www.reefkeeping.com/issues/2005-07/rs/index.php.

Simmons, T. L.; Andrianasolo, E.; McPhail, K.; Flatt, P.; Gerwick, W. H. 2005. Морські натуральні продукти як протиракові препарати. Молекула. Терапія раку 4, 333-342.

Taglialatela-Scafati, O.; Deo-Jangra, U.; Campbell, M.; Roberge, M.; Andersen, R. J. 2002. Дитерпеноїди з культивованого Erythropodium caribaeorum. Org. Lett. 4, 4085-4088.

Source: reefkeeping.com