Demekolcin – en alkaloid med cytotoxiska egenskaper som utvinns från växter ur familjerna Colchicum, Merendera, samt
|
|  Yüklə 399.5 Kb.
|
| Kristin Karlsson
Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling 7,5 hp Vt 2010 Farmakologiska Uppsala Universitet Demekolcin – en alkaloid med cytotoxiska egenskaper som utvinns från växter ur familjerna Colchicum, Merendera, samt Liliaceae. 
Fig 1. Blomman från växten Gloriosa Superba från Liliaceae familjen (från ubcbotanicalgarden.org). En växt som innehåller den högsta uppmätta koncentrationen av alkaloiden kolchicin. Innehåll Innehåll 2 Inledning 3 Historisk bakgrund 4 Biologisk aktivitet 5 Hur och varför projektet startade 6 Extraktion och isolering 7 Läkemedelsutveckling 8 Klinisk effekt och användning 9 Referenser 10 Inledning Alkaloider är kvävehaltiga, basiska ämnen som kan utvinnas ur växter. Flera viktiga läkemedel som används idag är alkaloider, såsom morfin (smärtstillande), kinin(används mot malaria) samt atropin (muskelavslappnande). Kolchicin är en alkaloid med cytotoxiska effekter som utvinns ur flera arter bland familjerna Colchicum, Merendera samt Liliaceae (Bharathi et al. 2006; Sadykov et al. 1971). Historiskt sett så är det främst växten Colchicum autumnale L., en växt med flera olika namn såsom tidslösa, ”sonen före fadern”, den nakna jungfrun eller höstkrokus. I alla växter som innehåller kolchicin finns även koncentrationer av strukturellt relaterade ämnen. Kolchicin har under lång tid använts för att behandla inflammatoriska sjukdomar men dess popularietet har fluktutereat (Hartung 1953; Cronstein et al. 1995; Gosh and Jha 2008) och användandet har begränsats av dess toxicitet (Baud et al. 1995). Idag har man främst kommit i kontakt med kolchicin om man studerar genetik men det finns andra intressanta användningsområden. På senare tid har man upptäckt strukturellt relaterade ämnen som alltid finns närvarande med kolchicin och som har liknande biologiska egenskaper. I denna studie kommer fokus ligga på ämnet demekolcin som har samma biologiska effekter som kolchicin men fördelen med detta ämne är dess minimala toxiska effekter (Rønne M. 1989).
Historisk bakgrund Kolchicin har använts under nära 3000 år, först som gift och sedan som läkemedel mot inflammatorisk sjukdomar såsom gikt (Hartung 1953, Nuki och Simkin 2006;Cronstein et al. 1995, Gosh and Jha 2008). De flesta gifter från växtriket smakar bittert men kolchicin beskrivs smaka sött (Hartung 1953) och detta gjorde den användbar vid förgiftningar. Tyvärr finns vissa beskrivna fall där personer förväxlat colchicum autumnale L och med ätliga växter och på grund av den söta smaken har de fått i sig en mycket hög dos (Sannohe et al. 2002; Gabrscek et al. 2004). Redan i antikens Grekland finns dokumenterat att de använde växten Colchicum autumnale L, under namnet Ephemeron som även kallades Colchicon, Arabiska läkare använde också växten men beskrev den med namnet surugen (Hartung 1953; Nuki och Simkin 2006). Under sena medeltiden i Europa beskrivs användandet av colchicum autumnale L. under namnet herbstzeitlose och beskrivs vara bra vid behandling av gikt (Hartung 1953). Det var 1820 som alkaloiden kolchicin isolerades från löken i tidlöseväxten Colchicum autumnale L. av Pelletier och Caventou och kolchicin ansågs vara den biologiskt aktiva substansen (Ahern et al. 1987). Först 1950 lyckades man isolera ämnet demekolcin från växten Colchicum autumnale L, och flera studier av detta nya ämne drar igång (Sheehy and Ransone 1957). Redan 1953 redovisar Moeschlin et al. att demekolcin med fördel kan användas för att behandla kronisk granulocytisk leukemi där demekolcin gav en minskning i vita blodkroppar, en ökning i röda blodkroppar samt en minskning i storlek av en av sjukdomen förstorad njure (Sheehy and Ransone 1957). 
Figur 3. Illustration av tidlöseväxten Colchicum autumnale L. (från Köhler 1883) Biologisk aktivitet Demekolcin inhiberar mikrotubule via en annan mekanism än läkemedlet nocodazole (Cahill et al. 1998). Demekolcin påverkar celldelningen genom att inhibera mikrotubule i den bildade spindeln i cellen (Ghosh och Jha 2008). Alkaloiden demekolcin binder till tubulin dimererna och förhindrar på så sätt polymeriseringen av mikrotubule i celldelnings spindeln (Jha et al. 1994). Spindeln är en jämvikt mellan polymerisering och depolymerisering och då demekolcin endast motverkar polymerisering så kommer spindeln snabbt dissociera eller inte bildas alls. Spindeln har en viktig funktion för att flytta kromosomerna i cellen under prometafas och anafas samt att spindeln är viktig för att initiera var delningen av cellen bör ske (Sluder 1979). En kort behandling av demekolcin som tillsätts till celler i profas av den andra delningen leder till abnormalt korta spindlar (Sluder 1979). Men denna bindning av demekolcin till tubulin dimererna är reversibel och efter en tid så kan cellerna på ett korrekt sätt genomgå cellcykeln (Borisy och Taylor 1967; Rieder 1992). Ghosh och Jha (2008) beskriver att demekolcin även förhindrar kollagentransport, förändrar hastigheten för vilken vita blodkroppar kan transporteras över kärlväggen samt förhindrar kollagentransport till det extracellulära utrymmet. Flera molekyler som underlättar interaktionen mellan vita blodkroppar och blodkärlsväggen, såsom integriner, kemokiner och cell adhesions molekyler, får förändrad funktion och förändrat uttryck vid behandling med demekolcin (Cronstein et al. 1995; Molad 2002). Det finns även resultat som pekar på att demekolcin förhindrar utvecklingen av fibroblaster i bindvävnaden (Ghosh och Jha 2008). Ahern et al. (1987) beskriver att demekolcin även uppvisar en reduktion i fagocytisk kapacitet och hastighet hos neutrofiler. Hur och varför projektet startade Kolchicin har länge använts vid behandling av gikt trots hög toxicitet (Ahern et al. 1987). Fördelen med kolchicin är att det ger ett snabbt farmakologiskt svar och patientens besvär lindrades på mycket kort tid (Ahern et al. 1953; ). Det som är negativt med användandet av kolchicin är dess toxicitet och gastrointestinala biverkningar. Jha et al. (1994) beskriver en mycket intressant observation där demekolcin gav en omedelbar ökning av celler låsta i prometafas hos tumörceller medan en ökning av celler låsta i prometafas i normala celler dröjde 2-3 timmar. Detta anses spegla en skillnad mellan tumör celler och normalt härstammande cellinjer som kan vara av intresse. Sherwood et al. (1994) rapporterar att demekolcin behandlade celler som stoppats i sin celldelning oftast blir apoptotiska vid andra celldelningen efter accumuleringen i mitos. Avsaknaden av en fungerande spindel leder till dotterceller med alltför få kromosomer i kärnan s.k. hyplodiploid. Ett sådant fel medför att cellen blir apoptotisk (Sherwood et al. 1994). Detta blåste nytt liv i studierna för att undersöka effekterna av demekolcin som ett eventuellt cancer läkemedel.
Det finns flera metoder beskrivna i litteratur för att utvinna demekolcin och liknande alkaloider ur växtmaterial samt syntetiskt erhålla dem. Här redovisas ett urval nedan.
Läkemedelsutveckling Kolchicin är ett mycket potent ämne där en koncentration på endast 50 nM effektivt stoppar celler i mitosfasen men påverkar inte DNA, RNA eller proteinsyntes i celler (Borisy och Taylor 1967). I studier har man sett att kolchicin har den lägsta fördel-mot-toxicitet (Roberts et al. 1987) och därför faller intresse på liknande strukturella föreningar som kan ge samma biologiska effekt men som är betydligt mindre toxiska. Bland liknande föreningar så har intresse vänts mot demekolcin. Likt kolchicin så är demekolcin väldigt potent och låga doser behövs, samtidigt som alkaloiden absorberas mycket väl (Rang, Dale, Ritter och Flower 2007). Tinkturer och viner av Colchicum autumnale L som användes tidigt är inte att föredra då innehållet av alkaloider kan variera (Hartung 1953) och från 1900-talet intogs istället läkemedlet som tabletter med noggrant bestämd mängd aktiv substans. Kolchicin har förbjudits i Sverige på grund av de allvarliga biverkningarna (Fass.se). Till biverkningarna hör illamående, kräkningar och magsmärtor och högre doser kan leda till förstörda njurar och gastrointestinala blödningar (Rang, Dale, Ritter och Flower 2007). Toxiciteten hos demekolcin är lägre och anses som en bättre läkemedelskandidat. Demekolcin beskrivs av Kiselev och Yavich (1990) som användbart och effektivt vid behandling av vissa fall av maligna neoplasmer. Men fortfarande forskar man inom detta ämne (US Patent 2009) Klinisk effekt och användning Demekolcin introducerades som läkemedel på 60-talet (US Patent 2009) och användes vid behandling av olika typer av cancer såsom hudcancer (Sadykov et al. 1971) samt kronisk myeloid leukemi (Brossi 1990; Jelliffe och MacIver 1956). De toxiska effekterna vid demekolcin behandlad leukemi beskrivs som milda (Jelliffe och MacIver 1956) och i en studie av Leonard and Wilkinson, 1955, rapporteras bieffekter som bestod av håravfall samt viss förstoppning (Sheehy och Ransone 1957). Numera används hellre Vinca alkaloider än demekolcin vid cancerbehandling (US Patent 2009) och demekolcin används inom cytogenetiken vid kromosom prepareringar(Jha et al. 1994; Rønne 1989). Demekolcin har antiinflammatorisk effekt och kan användas mot inflammatoriska sjukdomar såsom gikt. Gikt innebär att personen i fråga har en förhöjd koncentration av urinsyra och kristaller fälls ut i lederna, oftast leder i stortån varav gikt även fått namnet portvinstå, vilket orsakar en inflammation. Kärlen i den inflammerade leden blir mer genomsläppliga för vita blodkroppar genom att uttrycka fler adhesionsmolekyler (Cronstein et al. 1995; Cronstein och Weissman 1993). Att ledens blodkärlen blir mer genomsläppliga för vita blodkroppar innebär även att vätska samlas i leden. Detta medför att leden blir svullen och öm. Behandling med demekolcin innebär att adhesionsmolekylerna i blodkärlen inte uttrycks på samma sätt och därför inte attraherar vita blodkroppar på samma sätt. Även adhesionsmolekyler på de vita blodkropparna förändras och förhindrar inbindning (Molad 2002). I växtceller har Borisy och Taylor (1967) påvisat att demekolchin även hindrar orienteringen av nya lager av cellulosafiber genom att förhindra bildandet av de underliggande mikrotubules. Haber et al. (1972) beskriver demekolcin som effektiv mot vegetativ tillväxt. Idag är det främst kortison som används vid ledinflammationer såsom gikt. Referenser Ahern M. J., Reid C., Gordon T. P., McCredie M., Brooks P. M., and Jones M. Australian and New Zealand Journal of Medicine. 1987. 17. 301-304. Alberts B., Bray D., Hopkins K., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., and Walter P. (2004) Essential Cell Biology. 2nd edition. Garland Science. USA Baud F. J., Sabouraud A., Vicaut E., Taboulet P., Lang J., Bismuth C., Rouzioux J. M., and Scherrmann J-M. The New England Journal of Medicine. 1995. 332(10). 642-645. Bharathi P., Philomina D., and Chakkararathi S. Indian Journal of Pharmaceutical Science. 2006. 68(6). 806-809. Borisy G. G., and Taylor E. W. The Journal of Cell Biology. 1967. 34. 525-533. Brossi A. Journal of Medicinal Chemistry. 1990. 33(9). 2311-2319. Cahill D. P., Legauer C., Yu J., Riggins G. J., Willson J. K. V., Markowitz S. D., Kinzler K. W., and Vogelstein B. Nature. 1998. 392. 300-303 Capraro H-G., and Brossi A. Helvetica Chimica Acta. 1979. 62(4). 921-1386. Cronstein B. N., Molad Y., Reibman J., Balakhane E., Levin R. I., and Weissmann G. The Journal of Clinical Investigation. 1995. 96(2). 994-1002. Cronstein B. N., and Weissmann G. Arthritis & Rheumatism. 1993. 36. 147-137. Ellington E., Bastida J., Viladomat F., and Codina C. Phytochemical Analysis. 2003. 14(3). 164-169. Gabrscek L., Lesnicar G., Krivec B., Voga G., Sibanc B., Blatnik J., and Jagodic B. Clinical Toxicology. 2004. 42(1). 85-88. Ghosh S., and Jha S. (2008) Colchicine – an Overview for Plant Biotechnologists in Bioactive Molecules and Medicinal Plants. Page 215-232. Goldschmidt R. B., and Steward O. Brain Research. 1989. 486(1). 133-140. Haber J. E., Peloquin J. G., Halvorson H. O., and Borisy G. G. The Journal of Cell Biology. 1972. 55. 355-367. Hartung E. F. Annals of the Rheumatic Disease. 1954. 13(3). 190-200. Jelliffe A. M., and MacIver J. E. Brittish Journal of Cancer. 1956. 10(4). 634-641. Jha M. N., Bamburg J. R., and Bedford J. S. Cancer Research. 1994. 54. 5011-5015. Kiselev V. V., and Yavich P. A. Chemistry of Natural Compounds. 1990. 26(5). 502-509. Klaassen C. D. (2001) Casarett & Doull’s Toxicology – the Basic Science of Poisons. The McGraw-Hill Companies, Inc. USA. Köhler F. E., (1883). MBG Rare Books. Köhler’s Medizinal-Pflanzen in naturgetreuen Abbildungen mit kurz erläuterndem Texte. Atlas zur Pharmacopoea germanica. Volym 1. Gera-Untermhaus, Tyskland. Körner A., and Kohn S. Journal of Chromatography A. 2005. 1089(1-2). 148-157. Molad Y. Current Rheumatology Reports. 2002. 4(3). 251-256. Nuki G., and Simkin P. A. Arthritis Research & Therapy. 2006. 8(Supp1). S1. Rang H. P., Dale M. M., Ritter J. M., and Flower R. J. (2007). Rang and Dale’s Pharmacology. 6th edition. Elsevier. China. Rieder C. L., and Palazzo R. E. Journal of Cell Science. 1992. 102. 387-392. Roberts W. N., Liang M. H., and Stern S. H. The Journal of the American Medical Association. 1987. 257(14). 1920-1922. Russel P. J. (2006) iGenetics – A Molecular Approach. 2nd edition. Pearson Education, Inc. USA. Rønne M. Journal of Dairy Science. 1989. 72(5). 1363-1377. Sadykov A. S., Yusupov M. K., Chommadov B., and Turdikulov K. Pharmaceutical Chemistry Journal. 1971. 5(6). 344-348. Samuelsson G. (2004). Drugs of Natural Origin – A Textbook of Pharmacognosy. Swedish Pharmaceutical Society, Swedish Pharmaceutical Press, Stockholm, 5th edition. Sannohe S., Makino Y., Kita T., Kuroda N., and Shinozuka T. Journal of Forensic Sciences. 2002. 47(6). Sheehy T. W., and Ransone J. W. AMA Archives of Internal Medicine. 1957. 100(1). 85-89. Sherwood S. W., Sheridan J. P., and Schimke R. T. Experimental Cell Research. 1994. 215(2). 373-379. Sluder G. The Journal of Cell Biology. 1979. 80. 674-691. US Patent 7579364 N-deacetylthiocolchicine derivatives, their use and pharmaceutical formulations containing them. Issued 25th of August, 2009. www.Fass.se (citerad 2010-02-10) |
