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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-29921
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/2992/


Chung, Da-Eun

Die Entwicklung von tumorhemmenden Doxorubicin-Prodrugs mit albuminbindenden Eigenschaften, welche durch tumorspezifische Enzyme aktiviert werden

Development of albumin-binding and tumor-inhibiting prodrugs of doxorubicin, which are cleaved by tumorassoziated enzymes

Dokument1.pdf (2.077 KB) (Dissertation) (md5sum: fc10452b7d16cc1bd816669026406dde)

Kurzfassung in Deutsch

Ein vielversprechender Ansatz zur Verbesserung der Chemotherapie ist die Kopplung von Zytostatika an Humanserumalbumin, das sich durch passives Targeting in soliden Tumoren anreichert. Vor kurzem wurde ein makromolekulares Prodrug-Konzept entwickelt, welches auf zwei Eigenschaften basiert: a) rasche und selektive Bindung von Thiol-reaktiven Prodrugs an die Cystein-34-Position von endogenem Albumin und b) säurelabile oder enzymatische Freisetzung von albumingebundenem Wirkstoff im Tumorgewebe (Kratz et al. J. Med. Chem. 2000).
Bei der in der vorliegenden Arbeit beschriebenen Entwicklung albuminbindender Prodrugs mit dem Zytostatikum Doxorubicin (DOXO) handelt es sich um einen makromolekularen Prodrug-Ansatz mit enzymatisch-spaltbaren Linkern, der bislang im Gegensatz zu den säurelabilen Linkern noch nicht intensiv untersucht wurde. Ziel dabei war es Prodrugs mit Peptidsequenzen zwischen Träger und Wirkstoff zu entwickeln, welche durch die Zielenzyme uPA, Cathepsin B, D, L oder H und PSA schnell und tumorselektiv gespalten werden und so den Wirkstoff am Zielort freisetzen. Diese neuen Prodrugs sollen u.a. auf ihre tumorhemmenden Eigenschaften hin untersucht werden. Es wurden im Rahmen dieser Promotions¬arbeit zu diesem Zweck drei wasserlösliche albuminbindende DOXO-Prodrugs mit den Strukturen EMC-Gly-Gly-Gly-Arg-Arg-DOXO (1), EMC-Arg-Arg-Ala-Leu-Ala-Leu-DOXO (2) und EMC-Arg-Ser-Ser-Tyr-Tyr-Ser-Arg-DOXO (3) (EMC = E-Maleinimido¬capron¬säure) und zusätz¬lich ein nicht-albumin¬bindendes DOXO-Prodrug (4) (Ac-Ser-Ser-Tyr-Tyr-Ser-Arg-DOXO, Ac = Acetyl) mit enzymatisch-spaltbaren Linkern entwickelt, die schnell und effizient an exogenes und endogenes Albumin binden und im Tumorgewebe durch tumorassoziierte Enzyme spezifisch gespalten werden. Alle hierbei untersuchten DOXO-Prodrugs werden durch die jeweiligen Target-Enzyme (1: uPA, 2: Cathepsin B, 3, 4: PSA) spezifisch an der P1-P1´-Position der Peptidsequenz gespalten. Hauptsächliche Spaltprodukte waren H-Arg-DOXO (1), H-Ser-Arg-DOXO (3, 4) und H-Leu-Ala-Leu-DOXO (2).
In anschließenden Inkubationsstudien mit Tumorgewebehomogenat konnten mittels HPLC ebenfalls sehr gute bis gute Spaltungen zu den Spaltprodukten und freies DOXO nachgewiesen werden. Durch die Einführung von zwei Argininen in die Peptidsequenz zeigten alle albuminbindenden Prodrugs zudem eine sehr gute Wasserlöslichkeit.
In einem in vivo-Versuch an tumortragenden Mäusen zeigte das durch uPA-spaltbare Prodrug in einem Mammakarzinom-Xenograft-Modell eine moderate und signifikante Tumorwachstumshemmung, war jedoch bei einer 4.5-fach höheren Dosierung zu dem Standard DOXO gegen Ende der Therapie schlechter wirksam als DOXO. Das durch Cathepsin B-spaltbare Prodrug hingegen war bei äquimolarer Dosierung zu DOXO in demselben Modell genauso gut wirksam wie DOXO. Die durch PSA-spaltbaren Prodrugs zeigten bei äquitoxischer Dosierung eine gute antitumorale und eine dem DOXO vergleichbare Wirksamkeit in einem Prostatakarzinom-Xenograft-Modell. In einem Prostatakarzinom-Orthotop-Modell jedoch konnte mit dem PSA-spaltbaren Prodrug eine antitumorale Überlegenheit gegenüber der Therapie mit DOXO bei äquitoxischen Dosen erzielt werden.


Kurzfassung in Englisch

A promising strategy for improving antitumoral chemotherapy is to couple cytotoxic drugs to human serum albumin (HSA), which preferentially accumulates in solid tumors by passive targeting.
In order to achieve targeted drug delivery to tumor tissue using albumin as an endogenous drug carrier, a macromolecular prodrug strategy has been recently proposed which is based on two features : (a) in situ binding of a thiol-binding prodrug to the cysteine-34 position of circulating albumin after intravenous administration; (b) release of the albumin-bound drug at the tumor site due to the incorporation of an acid-sensitive bond between the drug and the carrier (Kratz et al. J. Med. Chem. 2000).
In this work, the development of albumin-binding prodrugs with the cytotoxic agent doxorubicin (DOXO) is described. It is a macromolecular prodrug strategy with enzymatically cleavable linkers, which have not been investigated intensively in the past in contrast to acid-sensitive linkers. The intention was to develop prodrugs with peptide sequences incoperated between carrier and drug, which are cleaved rapidly and selectively by the target enzymes uPA, cathepsin B, D, L or H and PSA releasing drug at the tumor site. Thus, water-soluble albumin-binding doxorubicin prodrugs with the structures EMC-Gly-Gly-Gly-Arg-Arg-DOXO (1), EMC-Arg-Arg-Ala-Leu-Ala-Leu-DOXO (2) and EMC-Arg-Ser-Ser-Tyr-Tyr-Ser-Arg-DOXO (3) (EMC = E-maleinimido¬caproic acid) and additionally a non-albumin¬binding DOXO-prodrug (4) (Ac-Ser-Ser-Tyr-Tyr-Ser-Arg-DOXO, Ac = acetyl) have been developed, which bound rapidly to the cysteine-34 position of endogenous and exogenous albumin and were efficiently cleaved by the respective target-enzymes at the P1-P´1 scissile bond (1: uPA, 2: Cathepsin B, 3, 4: PSA). Major cleavage products were H-Arg-DOXO (1), H-Ser-Arg-DOXO (3, 4) or H-Leu-Ala-Leu-DOXO (2), which further degrade to DOXO in tumor tissue. Due to the incorporation of two arginine residues the derivatives exhibited excellent water-solubility for intravenous administration. Further incubation studies with human tumor homogenates showed good cleavage as well.
In vivo, which was conducted with tumor bearing mice, the uPA-cleavable prodrug showed a moderate and significant antitumor efficacy in a mamma carcinoma xenograft model, but the new prodrug was not as efficient as DOXO in a 4.5 higher doses at the end of therapy.
The antitumor efficacy of the cathepsin-B-cleavable prodrug was comparable to that of free doxorubicin in the same mamma carcinoma xenograft model at equimolar doses. Both PSA-cleavable prodrugs showed good antitumor efficacy in a prostate carcinoma xenograft model at equitoxic doses and in an orthotopic prostate carcinoma model the albumin-binding PSA-cleavable prodrug was superior to free DOXO at equitoxic doses.


SWD-Schlagwörter: Doxorubicin , Proteasen , Prostata-spezifisches Antigen , Urokinase
Freie Schlagwörter (deutsch): Prodrug , Antitumor , Peptid-Linker
Freie Schlagwörter (englisch): Prodrug , antitumo r, peptide-spacer
Institut: Institut für Pharmazeutische Wissenschaften
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Jung, Manfred (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.03.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 14.05.2007
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