3.3.1 Neue Naphthopyrananaloga von LY290181 als potentiell vaskular-disruptive Wirkstoffe
Diese Publikation behandelt eine Serie von Derivaten des 4-Aryl-4H-Naphthopyrans LY290181 (2a; siehe Abb. 17). Diese stark anti-proliferative, Tubulin-bindende Verbindung, die erstmalig 1996 in einer Publikation von Wiernicki et al. Erwähnung findet, wurde ursprünglich eher auf die Verhinderung von Restenosen sowie in der Behandlung von Diabetes getestet.188 Für einige
struktur-verwandte Verbindungen wurden in vitro bereits Sekundäreffekte der Destabilisierung der Mikro-tubuli beobachtet (z.B. die Arret-ierung des Zellzyklus in G2/M, Induktion von Apoptose oder vaskular-disruptive Effekte), die für die Krebstherapie interessant
sein könnten. Aus diesem Grund wurde die Mutterverbindung LY290181 an dessen Phenylring mit verschiedenen Substituenten variiert, um so Beziehungen zwischen Struktur und Aktivität herstellen zu können und darauf aufbauend die Verbindungen hinsichtlich ihrer Aktivität zu optimieren.
Naphthopyrananaloga von LY290181
2a: R = NO2
2c: R = CN 2b 2e
Abbildung 17. Strukturen von LY290181 und der effektivsten davon abgeleiteten Naphthopyrananaloga
Abbildung 18. Effekte von LY290181 (2a) und seiner Analoga (2b, 2c, und 2e) auf die Organisation des Tubulin-Zytoskeletts (grün) in 518A2 Melanomzellen. Im Gegensatz zu den hochkomplexen, filamentösen Strukturen des Tubulin-Zytoskeletts in den Kontrollzellen, liegt das Tubulin in den behandelten Zellen nur noch diffus verteilt vor. Maßstabsbalken: 50 µm. [Reprinted with permission from F. Schmitt, M. Gold, et al. Eur. J. Med. Chem. 163, 160-168, doi 10.1016/j.ejmech.2018.11.055.
Copyright 2018, Elsevier Ltd.]
Synopsis
Tatsächlich wurde in Zytotoxizitätsstudien mit einer ganzen Reihe an Derivaten von LY290181 gezeigt, dass die Aktivität dieser Verbindungen stark durch deren Substitutionsmuster beeinflusst wird. Hierbei wurde eine Reihe an Verbindungen identifiziert, die ähnlich stark oder sogar stärker als LY290181 wirken. Für eine Auswahl der effektivsten Derivate wurde daraufhin die Mikrotubuli-destabilisierende Wirkung in 518A2 Melanomzellen belegt (vgl.
Abb. 18). Zudem wurde der MDA-typische G2/M Arrest beobachtet, der auf der Hemmung der Ausbildung des mitotischen Spindelapparats basiert.
Die Arretierung des Zellzyklus sowie womöglich auch die Beeinflussung weiterer Signalwege und Regulatoren führen überdies zur Einleitung der Apoptose. Zudem konnte mittels Immunofluoreszenz-Mikroskopie auch die vermehrte Bildung von Aktin-Stress Fibres detektiert werden, wodurch die Motilität der behandelten Zellen reduziert wird. Neben dem Einfluss der Behandlung auf Zellmigration konnten so auch anti-angiogene Effekte in vitro beobachtet werden.
Abbildung 19. Auswirkungen der Behandlung mit Naphthopyran 2b auf Xenograft-Tumore in Mäusen. (A) Dokumentation der vaskular-disruptiven Aktivität von 2b in einem Tumor, der sich auf Grund der Einblutungen dunkel verfärbt hat. Gewebeschnitt eines Tumors (B) in dessen Kern Hämorrhagien (H) und Nekrosen (N) auftreten, wohingegen die Tumorrinde (T) vital bleibt. [Reprinted with permission from F. Schmitt, M. Gold, et al. Eur. J. Med. Chem. 163, 160-168, doi 10.1016/j.ejmech.2018.11.055. Copyright 2018, Elsevier Ltd.]
Synopsis
In ersten vorläufigen in vivo-Untersuchungen zur Auswirkung der Behandlung auf die Blutgefäße der Chorioallantoismembran in befruchteten Hühnereiern konnte die vaskular-disruptive Aktivität der Verbindungen belegt werden. Diese führte zur sehr effektiven Zerstörung speziell kleinerer Blutgefäße nach nur 6 h Behandlung, erlaubte jedoch die Regeneration nach 24 h. Neben der Muttersubstanz zeigte bei diesem Assay besonders das difluorierte Derivat 2b gute Aktivität. Im Gegensatz dazu führte die Behandlung der CAM mit dem Dibromo-Methoxy Derivat 2e zur Reizung der gesamten Membran, was ein Indiz für dessen generelle Toxizität ist.
Bei weiterführenden in vivo Studien an Mäusen mit hoch-vaskularisierten Xenograft-Tumoren konnte bei LY290181 auch bei sehr hoher Dosierung kein Effekt auf die Tumorvaskulatur ausgemacht werden. Wie bereits in den CAM Assays vermutet, fiel auch das Dibromo-Methoxy Derivat auf Grund seiner geringen therapeutischen Breite durch, wohingegen das Derivat 2b zu den für vaskular-disruptive Verbindungen typischen Verfärbung des Tumors führte, welche auf intratumorale Hämorrhagien zurückzuführen ist (vgl. Abb 19 A). Neben diesen Hämorrhagien innerhalb des Tumors wurden in histologischen Untersuchungen der Tumorgewebeschnitte zudem die für VDA-typischen nekrotischen Bereiche im Kern des Xenografts sowie die intakte Tumorrinde mit vitalen Tumorzellen nachgewiesen (vgl. Abb. 19 B). Weiterhin wurde in einer Studie an Mäusen mit Cisplatin-resistenten Xenograft-Tumoren ein signifikant geringeres Tumorwachstum gegenüber den Kontrolltieren festgestellt.
Anhand dieses Beispiels von verschiedenen Naphthopyran-Derivaten konnte demonstriert werden, wie durch geschickte Substitution zum Einen die Wirkung optimiert, aber zum Anderen auch Nebenwirkungen bzw. die generelle Toxizität beeinflusst werden können.
Weitere Details: F. Schmitt, M. Gold, M. Rothemund, I.C. Andronache, B. Biersack, R.
Schobert, T. Mueller.
New Naphthopyran Analogues of LY290181 as Potential Tumor Vascular-Disrupting Agents
Eur. J. Med. Chem. 2019 163, 160-168.
[Publikation II]
Synopsis
3.3.2 Neue (Aren)Ruthenium(II)-Komplexe von 4-Aryl-4H-Naphthopyranen mit anti-tumoraler und anti-vaskularer Aktivität
Durch die Koordination von 4-Aryl-4H-Naphthopyranliganden an (Aren)Ruthenium(II)-Fragmente sollten neben der Verbesserung der Löslichkeit, Synergien bzw. additive Effekte erzielt werden (vgl. Abb. 20). Die neuen Rutheniumkomplexe mit Naphthopyranliganden wirken außergewöhnlich stark anti-proliferativ,
was wohl vor allem auf die Naphthopyran-liganden zurückzuführen ist. Zudem verfügen die Verbindungen über eine außerordentlich gute Selektivität für Tumorzellen gegenüber nicht-malignen Fibroblasten. Die Verbindungen konnten weiterhin die Resistenzmechanismen multiresistenter Zelllinien umgehen. In verschiedenen zellfreien Assay-Systemen wurde belegt, dass die (Aren)Ruthenium(II)-Komplexe an DNA binden. Die Bindung erfolgt dabei circa 10-mal rascher als bei Cisplatin. Weiterhin beeinflussen die Verbindungen die Dynamik der
Mikrotubuli. Infolge der Behandlung mit hohen Konzentrationen der Testsubstanzen werden die Zellen in der Mitose arretiert, was zu Apoptoseinduktion führt. In MCF-7Topo Brustkrebszellen lösen niedrige Konzentrationen hingegen einen postmitotischen G1 Arrest aus, der womöglich auf eine p53-abhängige Aktivierung zurückzuführen ist.
Abbildung 21. Anti-angiogene Aktivität der (Aren)Ruthenium(II)-Komplexe (3b und 3c) im Zebrafischembryo. Als Marker für die anti-angiogene Aktivität wird in diesem Assay-system die Entwicklung der subintesinalen Venen (SIV) verwendet. (A) Während die Entwicklung der SIV in den Kontrolltieren normal verlaufen ist und die gewöhnliche sinoidale Form ausgebildet wurde, sind diese Blutgefäße in den behandelten Tieren weniger stark ausgeprägt. (B) Die Quantifizierung der Fläche der SIV zeigt, wie stark die anti-angiogene Wirkung der (Aren)Ruthenium(II)-Komplexe ist. [Reprinted with permission from F. Schmitt et al. J. Inorg. Biochem 184, 69-78, doi. 10.1016/j.inorgbio.2018.03.013. Copyright 2018, Elsevier Ltd.]
(Aren)Ruthenium(II)-Komplexe mit Naphthopyranliganden
3b 3c
Abbildung 20. Strukturen der anti-vaskular wirkenden (Aren)Ruthenium-(II)-Komplexe mit Naphthopyran-liganden
Synopsis
Die beiden am besten löslichen Komplexe 3b und 3c üben zudem starken Einfluss auf die Vaskulatur und deren Entstehung aus. Neben vaskular-disruptive Effekten, die in vivo auf der Chorioallantoismembran befruchteter Hühnereier nachgewiesen werden konnten (vgl. Abb. 22 B), wurde in vitro die Ausbildung von Blutgefäß-ähnlichen Systemen durch Tumorzellen über sogenanntes Vaskulares Mimikry von den Testverbindungen inhibiert (vgl. Abb. 22 A). Zudem konnte die anti-angiogene Aktivität dieser Verbindungen in vivo unter Verwendung von genveränderten Zebrafischembryonen belegt werden (siehe Abb. 21).
Weitere Details: F. Schmitt, J. Kasparkova, V. Brabec, G. Begemann, R. Schobert, B.
Biersack.
New (arene)ruthenium(II) complexes of 4-aryl-4H-naphthopyrans with anticancer and anti-vascular activities
J. Inorg. Biochem. 2018 184, 69-78.
[Publikation III]
Abbildung 22. Antivaskuläre Effekte der Ruthenium-Komplexe 3b und 3c. Inhibition der Ausbildung röhrenförmiger Strukturen von U-87 Glioblastomazellen über sogenanntes Vaskulares Mimikry (A), sowie vaskular-disruptive Effekte im Chorioallantoismembran Assay im Hühnerei (B).
[Reprinted with permission from F. Schmitt et al. J. Inorg. Biochem 184, 69-78, doi.
10.1016/j.inorgbio.2018.03.013. Copyright 2018, Elsevier Ltd.]
Synopsis
3.4 Oxazol-verbrückte Combretastatin A-4 Derivate mit Alkyl-Hydroxamsäure