1

Principio básico de la terapia del cáncer:

selectividad: se deben erradicar las células tumorales mientras que al mismo tiempo se deben dejar desarrollar las células del tejido

normal

Consideraciones para el diseño:

selectividad

actividad y espectro de acción

resistencia

efectos colaterales tóxicos

Complejos metálicos en la quimioterapia del cáncer

Fármacos anticancerígenos:

15% precisan un ión metálico del medio interno para ser activas

un alto % presenta un metal en su constitución

Propiedades deseables de un agente antitumoral metálico:

inercia suficiente para llegar incambiado hasta el sitio tumoral

lipofilia adecuada para atravesar la membrana celular

potencial redox adecuado para ser reducido intracelularmente y unirse al ADN, si éste es su modo de acción

cisplatino

cis-diaminodicloro platino (II)

actividad antitumoral descubierta a finales de la década de los 60 del siglo XX

establecimiento de la química inorgánica medicinal moderna

PtClNH2

ClNH2H3N

H3N

cisplatino

entró en pruebas clínicas en 1971 y fue aprobado para uso contra cáncer de testículo y ovario en 1978; utilizado también en “terapias de combinación” para cáncer de pulmón y colorectal; administrado por via intravenosa

uno de los fármacos antitumorales más utilizados hoy en día (y el de mayor venta)

nefrotóxico, neurotóxico, emético (efectos tóxicos relacionados con la velocidad de sustitución de los cloruros)

2

Metales del “grupo del Platino”

Ru Rh Pd

Os Pt

Platino

configuración electrónica: [Xe] 4f145d96sabundancia: 10-6 %estados de oxidación frecuentes: II y IVPt(II): d8

PtX2L2 , X = monoanión geometría cuadradaisomería cis - transinercia

Pt(IV): d6

complejos octaédricosmayor inercia

Platino(II) : reacciones de sustituciónlábil o inerte: concepto cinético

estable e inestable: concepto termodinámico

sustitución de ligandos en complejos cuadrados de iones metálicos d8:

L

L

T-M-X

L

L

T-M-Y+ Y + X

X: ligando salienteY: ligando entranteT: ligando trans al saliente X

Platino(II) : reacciones de sustitución

Proceso de activación asociativo

A o Ia

bpt: bipirámide trigonal

Platino(II) : reacciones de sustituciónFactores que afectan la reactividad:

impedimento estéricoefecto del grupo entranteefecto del grupo salienteefecto trans

Mecanismo de acción de antitumorales

Interacción directa con ADN

Enzimáticoinhibición de enzimas participantes en la

síntesis de RNA y DNA (ej. ribonucleótido reductasa NDP dNDP)

inhibición de otros sistemas enzimáticos

SOD mimético

3

ADN: nucleobases

R = H: nucleobase libre

adenina guanina R´= H: uracilo

R´= CH3: timina

citosina

ADN: nucleósidos y nucleótidos

Nucleótido

Nucleósido:X = OH: ribosa

X = H: deoxiribosa

esfera externa

inter-hebrasintra-hebras

intercalación

ruptura de hebras

Modos de interacción con el ADN

H2Ocis-PtCl2(NH3)2 ↔ cis-PtCl(H2O)(NH3)2

H2O↔ cis-Pt(H2O)2(NH3)2

“acuación”

“platinación”

El mecanismo de acción del cisplatino

El mecanismo de acción del cisplatino

El complejo atraviesa la membrana celular y llega al núcleo donde interactúa con el ADN.

El Pt se enlaza, predominantemente, “intrahebra” a dos guanosinas adyacentes del ADN.

La deformación de la conformación del ADN es responsable de la acción antireplicativa.

4

La platinación del ADN

HNN

N

O

NH2

N

O

HH

H

H

HO P

O

O-

OH

-O

NH

N

NO

NH2

N

O

H

HH

H

HO

PO

-O

HO

O-

H3N

H3N

Enlaces a N7 de G

Cisplatino: mecanismos de acción y resistencia

Mecanismo de acción:Ingreso a la célulaActivación intracelular (hidrólisis) para dar el

complejo activoInteracción con ADN: unión covalente Pt-ADN y

ruptura del ADNApoptosis: muerte celular programada

Resistencia:Acción de ligandos presentes en los fluidos biológicosResistencia a la penetración a la célulaMecanismos de defensa intracelular para la

inactivación y expulsión celular (tioles: glutatión, Pt-GSH)

Mecanismos de reparación del ADN

Tendencias en la búsqueda de nuevos antitumorales

menor toxicidadactividad contra tumores resistentes al cisplatinomayor actividad contra un espectro más amplio de tipos de cáncerposibilidad de administración oral (mayor solubilidad en agua)

carboplatino

nedaplatino oxaliplatino

Otros complejos cis-diamina de Pt(2a generación)

(aprobados para uso clínico)

- ampliamente utilizado

- menos tóxico que el cisplatino

(hidrólisis más lenta)

Otros complejos cis-diamina de Ptactualmente en pruebas clínicas

Cl

Cl

Pt

H3N

CH3

ZD0473

puede ser administrado mediante inyección u oralmente

activo contra carcinomas de ovario resistentes al cisplatino

hidrólisis 2-3 veces más lenta debido a protección estérica del grupo CH3

O

O

Pt

H2N

H2N

O

CH3

Lobaplatino (en fase II)

activo contra carcinomas de ovario resistentes al cisplatino, cáncer avanzado de cabeza, cuello, pulmón

*

Relación entre estructura y actividad

Tanto los complejos de Pt(II) como los de Pt(IV) son citostáticos.

Se supone que algunos de los de Pt(IV) son reducidos in vivo a Pt(II).

Los complejos iniciales de Pt(II) resultaron activos únicamente en su configuración cis (asociado a su modo de acción).

Los complejos de Pt(II) deben poseer en posición cis un par de ligandos no desplazables (como 2 monodentados o uno bidentado), aminados (grupos con pobre habilidad labilizante trans).

Estos aminoligandos deben poseer al menos una unión N-H que facilita el establecimiento de puentes de H con el ADN.

5

Relación entre estructura y actividad

En los complejos cis-Pt(II)X2L2 y cis-Pt(IV)X2Y2L2los ligandos X son normalmente aniónicos y resultan intercambiables en la escala de tiempos terapéutico-fisiológica. Complejos con X muy lábiles son tóxicos y complejos con uniones Pt-X muy inertes son inactivos.

Los complejos activos son usualmente neutros, lo que les permite atravesar fácilmente las membranas celulares.

Todos los complejos cis-diamino-Pt muestran perfiles clínicos similares

al cisplatinoLa búsqueda debe orientarse hacia nuevas clases de complejos diferentes de los originales:

complejos de Pt(II) transcomplejos de Pt(IV) complejos polinucleares de Ptcomplejos de otros metales:

Ru, Rh, Sn, Au, Ti, Cu, V

Complejos trans-diamino-Pt(II)

Cl

N

Pt

N

Cl

Cl

NH3

Pt

H3N

Cl

inactivo

muy activo contra células tumorales resistentes al cisplatino

promueve la interacción “interhebra” con ADN

esfera externa

inter-hebrasintra-hebras

intercalación

ruptura de hebras

Modos de interacción con el ADN

Cl

ClPt

H3N

H2N

OCOCH3

OCOCH3

Complejos de Pt(IV)

activo contra modelos tumorales resistentes al cisplatino

promueve la interacción “interhebra” con ADN

NH3

ClPt

Cl

H2N

OH

OH

JM 216

fase II como fármaco oralmás activo que el cisplatino en

tumores cervicales, de pulmóny ovario

Complejos dinucleares cis-diamino-Pt

NH2(CH2)nH2N

X

Pt

H3N

X

Pt

NH3

XX

X = Cl-, H2C(CO2-)2 (malonato); n = 4-9

activos in vitro e in vivo contra tumores murinos resistentes al cisplatino y al carboplatino

más potentes que el cisplatino en cuatro líneas de tumores humanos

producen lesiones Pt-ADN diferentes del cisplatino

6

Complejos trinucleares de Pt

en pruebas clínicascarga +4 aumenta la afinidad por ADNinteracciones “interhebra” hasta 6 bases aparte causa

desenrollado del ADNátomo de Pt del centro sólo es capaz de interacciones

electrostáticas con ADNpotente contra tumores resistentes al cisplatino

NH2(CH2)6H2N

NH3

Pt

H3N

Cl

Pt

NH3

NH2(CH2)6H2NH3N

PtCl

NH3

H3N 4+

Complejos de otros metalescomo antitumorales

Rutenioconfiguración electrónica: [GN]4d75s1

estados de oxidación frecuentes: II y III,

IV menos frecuente

geometría preferente: octaédrica

Ru(III) inerte; Ru(II) lábil

potencial redox accesible in vivo (activación por reducción)

Complejos de Ru

activos contra metástasis de tumores sólidos en pulmón

actividad: trans > cis

DMSORu

DMSO

Cl

DMSO

DMSO

Cl

DMSORu

Cl

Cl

DMSO

DMSO

DMSO

Ru(II)

Complejos de Ru

ClRu

Cl

Cl

N

N

Cl

NH

HN

_

ClRu

Cl

Cl

N

N

Cl

NH

HN

_

solubilidad aumentadaactivos contra tumores

colorectales

Ru(III)

alta actividad antitumoralmuy baja solubilidad

NH3Ru

Cl

Cl

NH3

NH3

NH3

NH3Ru

Cl

Cl

NH3

NH3

NH3

Ru(II)

Complejos de Ru

solubles en aguaactivos contra metástasis en una variedad de

tumoresNAMI-A es el primer fármaco de Ru en pruebas

clínicas

ClRu

Cl

Cl

DMSO

N

Cl

N

[Cat]+

NAMI (Cat = Na)NAMI-A (Cat = ImH)

Ru(III)

7

Complejos de Ru

ClRu

Cl

Cl

DMSO

N

Cl

N

[Cat]+

NAMI (Cat = Na)NAMI-A (Cat = ImH)

transportado a las células tumorales por la transferrina

menos tóxico que el cisplatinoactivado por reducción a Ru(II)mecanismo de acción:

no es vía enlace al ADN, aunque pueden enlazarse “interhebra”

Complejos areno de Ru

Ru

Cl H2N

NH2

PF6-

activos in vitro e in vivo contra tumores resistentes al cisplatino

10 veces más potentes que el cisplatino contra cáncer de ovario

Complejos metaloceno

M

X

X

activo contra una variedad de tumores humanosen fase II de pruebas clínicas en Alemaniamecanismo diferente del cisplatino, similar a NAMIV, Nb, Mo, Fe, Ge, Sn menos activos

M(IV) = Ti, X = Clη5- Ciclopentadienilo = Cp

Ti: [GN]3d24s2

Complejos β-dicetonato de Ti

Budotitanio, en pruebas clínicas en AlemaniaTi = Zr > Hf > Mo > Sn > Gemecanismo probablemente similar al Cp2TiCl2

OC2H5Ti

O

O

O

OPh

CH3

Ph

H3C Budotitanio

Ti(IV)

[R2SnX2L]

Sn

actividad antileucémicamenos activos que cisplatino pero menos nefrotóxicosCl-Sn-Cl vs. Cl-Pt-Cl

Sn: [GN]4d105s25p2 Complejos de Au

[Au(L-L)2]Cl

[(AuCl)2L-L] L-L = fosfina bidentada: dppp, dppe, etc.

Au: [GN]4f145d106s1

Au(I), Au(III)

8

Debido al rápido crecimiento tumoral, lascélulas cancerosas pueden resultar

relativamente aisladas del aporte sanguíneo, resultando en una difícil difusión del oxígeno

a las mismas, lo que conduce frecuentemente a hipoxia.

Las células hipóxicas de estos tumores sólidos constituyen un importante blanco

para la quimioterapia.

TUMORES SÓLIDOS

Los profármacos son transformadosluego de su administración, por

metabolismo o transformación químicaespontánea, para formar especies

farmacológicamente activas.

FÁRMACOS BIORREDUCIBLES

son compuestos inactivos (profármacos) que sufren procesos

metabólicos de reducción en el interior de las células para formar especies citotóxicamente activas

(dañan biomoléculas)

Los fármacos biorreductivos son profármacos activados en el tumor(TAP). Son inactivos, pero sufren

procesos metabólicos de reducción que conducen a especies activas que

dañan biomoléculas.

F(profármaco)

forma activa A

biorreducción

F I1 I2 In A

O2

O2

…..

Profármacos selectivos en hipoxia

N

N

O

O OH

OH

EO9

N

NN

O

O

NH2

SR 4233

N NN

NO2

OHH

Br

RB 6145quinonas nitrocompuestos N- óxidos

complejos de Co

[CoIIIL6]3+ Tirapazamina

[CoIIIL6]3+

O2 O2

[CoIIL6]2+ [CoII(H2O)6]2+ + 6 LH2O

L= NN

H

ClCl

H

NNH2Cl

Cl

;

Biorreducción de complejos de Co(III)

9

3-amino-2-carbonitriloquinoxalina

N1,N4-dióxidos

R1

R2 N+

N+ CN

NH2

O-

O-

R1/R2-H

-CH3-OCH3

-F-Cl-Br-CF3

R2/R1-H-H-H-H-H-H-H

Biología del N-óxido aromático como farmacóforo

biorreductivo

R1 = Cl, R2 = H L1

R1 = Br, R2 = H L2

R1 = CH3, R2 = H L3 N

NR1

R2

O

O

NH2

CN

[CuIIL2]

Eur. J. Med. Chem. 2005, 40, 473

Complejos de vanadilo de 3-aminoquinoxalina-2-carbonitriloN1,N4-dióxidos 6(7) sustituidos

N

N

O

O

NH2

CNR

VIVO(L)2J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 1358Bioorg. Med. Chem. 2006, 14, 5503

J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 281

λmax (DMF) / nmFAB+ MS: m/zR(%)R

-605 (M+)41CF3

501613 (M+ – O)60Br517537/538/539/540/541 (M+)40Cl

--59F-530 (M++ H)55OMe

498443 (M+– CN)67H496498 (M++H), 481 (M+ – O)70Me

N

N

O

O

CN

NH2

9, -R3= -F

6, -R3= -Me7, -R3= -H8, -R3= -OMe

N

NO

O

CN

NH

VO

N

NO

HN

NCO

6V, - 7V, - 8V, - 9V, -10V, -11V, -12V, -

VO

O O

O

O

13

/ MeOH / reflux

10, -R3= -Cl11, -R3= -Br12, -R3= -CF3

R3

R3

R3

977 s2232 w1578 s, 1629 sh1340 vw3342 m, br--

-2226 w1614 s, 1627 s1347 vs-3284 m3403 sCF3

978 s2230 w1559 s, 1618 sh1336 vw3346 m, br--

-2237 w1613 s, 1648 s1335 vs-3295 s3436 sBr

980 s2229 w1557 s, 1611 s1338 vw3334 m, br--

-2237 w1604 s, 1626 s1343 vs-3295 s3430 sCl

992 s2234 w1555 s, 1619 sh1339 vw3331 m, br--

-2231 w1594 s, 1630 s1345 vs-3255 s3336 sF

984 s2229 w1555 s, 1612 sh1340 vw3344 m, br--

-2236 w1617 s, 1645 s1336 vs-3276 m3338 sOMe

991 s2231 w1553 s, 1611 s1330 vw3318 m, br--

-2237 w1604 s, 1626 s1343 vs3262 s3353 sH

965 s2230 w1555 s, 1616 sh1340 vw3338 m, br--

-2233 w1617 s, 1644 s1333 vs3264 m3329 sMe

νV=OνC≡NνC=N→OνN-OνN-Hνs NH2νas NH2

Bandas IRR

VO(L)2

10

250 300 350 400

Magnetic field (mT)

Polycrystalline samples

VO(L3)2

VO(L2)2

VO(L1)2

Espectro EPR banda X a Tambiente, muestra policristalina:-línea sólida: experimental-línea punteada: calculado

Espectro EPR banda X en CH2Cl2, a T ambiente

L1 R=HL2 R=Br L3 R=Me

Vanadilo monomérico (S=1/2) interactuando con espin nuclear

I=7/2

A0

g0

Magnetic field (mT)

VO(L3)2

VO(L2)2

VO(L1)2

(A) CH2Cl2

300 320 340 360 380

Espectro EPR, banda X (9.5 GHz)

75 30.0--Tirapazamina

ndnd060 ± 2VO(L3)2

> 153.0036 ± 5VO(L2)2

153.0057 ± 7VO(L1)2

ndnd 22 ± 382 ± 3L3, R=CH3

> 107.2090 ± 5L2, R=Br1509.00100 ± 2L1, R=Cl

HCRdP (µM)cSFhipoxbSFaire aCompuesto

Citotoxicidad en hipoxia y oxia en células V79

a Fracción sobreviviente en aire (%) a 20 µM. b Fracción sobreviviente en hipoxia(%) a 20 µM. c P (potencia) = dosis que da un 1% de sobrevivencia de célulashipóxicas respecto al control. d HCR (hypoxia cytotoxicity selectivity relationship)= relación entre concentración de droga en aire y concentración de droga en hipoxia que produce el mismo nivel de muerte celular.

V79 = Chinese hamster lung fibroblasts ∗

curvas dosis - respuesta en oxia e hipoxia

Selectividad en hipoxia

1001010,1

100

10

1

0,1

0,01

0,001

CONCENT RAT ION

SUR

VIVA

L PE

RC

ENTA

GE AIR

HYPOXIA

/µM

∗

VO

N

O

N

O

[VIVOL2] L, R=Br

De los siete nuevos complejos de vanadilo con derivados de aminoquinoxalina carbonitrilo N1,N4-dióxidos sintetizados y caracterizados, complejos seleccionados muestran mejores potencias que la Tirapazamina, y valores de citotoxicidad selectiva en hipoxia, HCR, del mismo orden que otras citotoxinas selectivas en hipoxia como Mitomicina y Misonidazol.

Además, la coordinación a vanadio de algunos de los ligandos de la serie introduce o mejora otras actividades biológicas como ser actividad anti T. cruzi y actividad insulinomimética.