Μελέτη των μηχανισμών δράσης συμπλόκων μετάλλων με κυτταροτοξική δράση

Abstract

Chemotherapy is a major field of cancer therapy, although the drugs used as chemotherapeutic agents show great selectivity and important side effects. Therefore, the research for new anticancer drugs is urgent. Ever since cisplatinum was introduced in oncology, many non conventional platinum compounds and non platinum metal complexes was designed and tested. Among them, organotin derivatives have shown high cytotoxicity and were found to be active against a large variety of tumors in vivo and in vitro. In this PhD thesis we examined the cytotoxic effects of novel organotin compounds (IV) with ortho- and para-hydroxybenzoic acid against several cancer cell lines, the mechanism of cellular death caused by these complexes and the in vivo effects of these complexes in regard of their toxicity and anticancer activity in tumor bearing wistar rats. The organotin complexes that was tested were of formulae [R₃Sn(HL)], (where HL= o-H2BZA and R = Ph- (1) or R= n-Bu- (3), or HL= p-H2BZA and R = Ph- (2) or R= n-Bu- (4)) and [R₂Sn(HL)₂] (where HL= o-H2BZA and R= n-Bu- (5)). In order to answer to these questions we used MTT assay, colony efficiency assay and flow cytometry. Furthermore, we tested the acute and subacute toxicity and the antitumor activity of complex 1 in tumor bearing wistar rats. In vitro experiments showed that all the tested organotin (IV) complexes show important cytotoxic activity (in the range of nM) in several cancer cell lines (LMS, HeLa, MCF-7, U2Os) with minor effects against MRC-5 cells (normal lung fibroblasts). Complexes 1-4 seem to inhibit the formation of colonies whereas all complexes cause apoptotic cellular death. In vivo experiments showed neurotoxicity, hepatotoxicity, kidney and lung toxicity after a single intraperitoneal injection of the complex 1, but only mild kidney damage during the study of subacute toxicity of this complex. Moreover, complex 1 at doses 1mg/kg/day managed to prolong median survival time (T/C% = 217,72%) and reduce tumor weight (TWI% = 60,16%) when given in tumor bearing wistar rats. This action was confirmed during the pathologoanatomic analysis with the tumor appearing necrosis of about 70-80%. Metastatic sites seem to be resistant to the complex. Therefore, we could come to the conclusion that all the complexes that were tested showed important cytotoxic effect in vitro, while complex 1 showed important anticancer effect in vivo with mild side effects and therefore it could be used as a chemotherapeutic agent.

Η χημειοθεραπεία αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της θεραπευτικής το καρκίνου. Τα χρησιμοποιούμενα χημειοθεραπευτικά φάρμακα εμφανίζουν περιορισμένο φάσμα δράσης και σημαντικές παρενέργειες. Για το λόγω αυτό η έρευνα για την ανεύρεση νέων αντικαρκινικών φαρμάκων είναι αρκετά εκτεταμένη. Μετά την εισαγωγή της σισπλατίνης στην χημειοθεραπεία του καρκίνου, η έρευνα αυτή έχει στραφεί στον έλεγχο της πιθανής αντικαρκινική δράσης συμπλόκων του λευκόχρυσου αλλά και άλλων μετάλλων. Μεταξύ αυτών, τα οργανομεταλλικά σύμπλοκα του κασσιτέρου εμφανίζουν σημαντική δράση τόσο in vitro όσο και in vivo. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή ερευνήθηκε η δράση ορισμένων συμπλόκων του κασσιτέρου με όρθο- και πάρα-υδροξυβενζοϊκό οξύ όσον αφορά την κυτταροτοξικότητα που εμφανίζουν ενάντια σε διάφορες καρκινικές σειρές, τον μηχανισμό με τον οποίο προκαλούν κυτταρικό θάνατο, τις τοξικές τους επιδράσεις σε επίπεδο οργανισμού και την αντικαρκινική τους δράση σε πειραματικά μοντέλα όγκων σε πειραματόζωα. Τα σύμπλοκα του κασσιτέρου που ελέγχθηκαν ήταν της μορφής [R₃Sn(HL)], (όπου HL= o-H2BZA και R = Ph- (1) ή R= n-Bu- (3), ή HL= p-H2BZA και R = Ph- (2) ή R= n-Bu- (4)) και της μορφής [R₂Sn(HL)₂] (όπου HL= o-H2BZA και R= n-Bu- (5)). Για την απάντηση των ανωτέρω ερωτημάτων πραγματοποιήθηκε υπολογισμός της αναστολής του κυτταρικού πολλαπλασιασμού με τη χρήση ΜΤΤ, μελέτη της ικανότητας των συμπλόκων να προκαλούν αναστολή του σχηματισμού αποικιών και προσδιορισμός της απόπτωσης και της νέκρωσης με κυτταρομετρία ροής. Επίσης πραγματοποιήθηκε έλεγχος της οξείας και της υποξείας τοξικότητας σε επίμυες wistar καθώς επίσης και έλεγχος της αντικαρκινικής δράσης του συμπλόκου μετά από ενοφθαλμισμό λειομυοσαρκωματικών κυττάρων σε επίμυες wistar. Τα in vitro πειράματα έδειξαν ότι όλα τα σύμπλοκα του κασσιτέρου που εξετάστηκαν εμφάνισαν σημαντική κυτταροτοξική (δράση της τάξης των nM) σε διάφορες καρκινικές σειρές (LMS, HeLa, MCF-7, U2Os) με μικρή επίδραση ενάντια σε κύτταρα MRC-5 (φυσιολογικοί ινοβλάστες πνεύμονα). Επίσης, τα σύμπλοκα 1-4 αναστέλλουν την ικανότητα σχηματισμού αποικιών, ενώ όλα τα σύμπλοκα φαίνεται να προκαλούν κυτταρικό θάνατο μέσω του μηχανισμού της απόπτωσης. Τα in vivo πειράματα έδειξαν ότι το σύμπλοκο 1 το οποίο δοκιμάστηκε εμφανίζει σημαντική τοξική δράση μετά από εφάπαξ χορήγηση στο κεντρικό νευρικό σύστημα, στο ήπαρ, τους νεφρούς και τους πνεύμονες. Από τις δράσεις αυτές μόνο μια ήπια νεφρική βλάβη εμφανίζεται κατά τη μελέτη της υποξείας τοξικότητας. Επίσης, το σύμπλοκο αυτό χορηγούμενο σε δόση 1mg/kgr/day αυξάνει το χρόνο επιβίωσης κατά T/C% = 217,72% αλλά και το ρυθμό ανάπτυξης του όγκου κατά TWI% = 60,16% σε καρκινοπαθείς επίμυες wistar. Η δράση του συμπλόκου είναι εμφανής και κατά τον παθολογοανατομικό έλεγχο στον οποίο εμφανίζεται νέκρωση του όγκου μετά από τη χορήγηση του συμπλόκου σε ποσοστό 70-80%. Τέλος, οι μεταστατικές εστίες φαίνεται να είναι ανθεκτικές στη δράση του συμπλόκου. Συμπερασματικά, θα μπορούσαμε να πούμε ότι τα οργανοκασσιτερικά σύμπλοκα που χρησιμοποιήθηκαν για τη διεκπεραίωση της εν λόγω διδακτορικής διατριβής εμφάνισαν σημαντική κυτταροτοξική δράση in vitro αλλά και αντικαρκινική δράση in vivo με ελάχιστες παρενέργειες και για το λόγω αυτό θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως χημειοθεραπευτικοί παράγοντες.