Polymerními cytostatiky proti solidním nádorům
Soudobá medicína využívá řady léčiv, většinou látek nízkomolekulárních, jejichž vlastnosti zpravidla vyhovují požadavkům kladeným na jejich terapeutickou účinnost. Použití těchto látek bývá ale spojeno s více (zejména v případě cytostatik) či méně závažnými nežádoucími účinky.
Navíc i v současné době stále existuje řada nemocí, proti nimž žádná účinná léčiva nemáme. V obou uvedených případech se otevírají možnosti pro využití polymerů, které ve spojení s dosud užívanými léčivy mohou odstranit mnoho jejich nevhodných vlastností nebo jim dát vlastnosti úplně nové. Již před třiceti lety se začal rozvíjet nový obor, který se zabývá vývojem systémů umožňujících řízené uvolňování a cílený transport léčiv („controlled drug release“ nebo „targeted drug delivery system“).
Většina těchto systémů se připravuje s využitím polymerů, a to jak přírodních (polysacharidy, proteiny a glykoproteiny), tak častěji syntetických, připravených tak říkajíc na míru.
Stručná exkurze do historie
Když v roce 1906 formuloval německý lékař a nositel Nobelovy ceny za fyziologii Paul Ehrlich svoji představu ideálního léčiva, nazval ho „magickou střelou“. Tato střela je směrována jen do místa požadovaného účinku a zanechává zdravé části organismu bez poškození. Takové „ideální“ léčivo musí být neaktivní při podání a v průběhu transportu organismem musí být dopraveno do místa požadovaného účinku a zde musí dojít k jeho aktivaci na účinnou látku. Běžně používaná nízkomolekulární léčiva jsou tomuto ideálu značně vzdálena, neboť se často nejen rychle vylučují z organismu, ale podstatná část účinné látky se dostane i do těch částí organismu, kde její přítomnost není žádoucí, nebo je dokonce škodlivá.
O mnoho let později přišel další Němec, chemik Helmut Ringsdorf, s myšlenkou použít pro cílený transport léčiv syntetické polymery. Navrhl obecný model polymerního systému umožňujícího cílený transport a řízené uvolňování léčiv. Tento model se skládal ze syntetického polymeru, na který byly kovalentně vázány molekuly účinné látky prostřednictvím spojky štěpitelné v cílové tkáni. Na základě této koncepce byly v laboratoři biolékařských polymerů Ústavu makromolekulární chemie AV ČR od konce 70. let připravovány a průběžně zdokonalovány polymerní nosiče léčiv, jejichž struktura vycházela z Ringsdorfovy koncepce. Páteří polymerního systému se staly velmi dobře rozpustné kopolymery N‑(2‑hydroxypropyl)methakrylamidu (HPMA).
Kromě toho, že polymery připravené z HPMA splňují nutné požadavky na dokonalou snášenlivost organismem, je monomer snadno připravitelný v dostatečném množství a čistotě.
Výhody polymerních terapeutik
Jednou z nejvýznamnějších skupin léčiv, u nichž navázání na polymerní nosič může přinést dramatické zlepšení farmakologických vlastností, jsou cytostatika. Bylo mnohokrát potvrzeno, že polymerní konjugáty protinádorových léčiv mají daleko nižší nespecifickou toxicitu (zejména na imunitní systém, srdce, játra a ledviny) než původní léčiva.
Zvláště v případě použití cytotoxických látek je důležité zacílení jejich aktivity přednostně na nádorovou tkáň, nebo dokonce na jednotlivé nádorové buňky. Při použití polymerních cytostatik pro terapii solidních nádorů se velmi výrazně uplatňuje směrování do nádorové tkáně, k němuž dochází díky tzv. EPR efektu (Enhanced Permeability and Retention, tj. zvýšená propustnost a zadržení). Za účelem zásobení rostoucího nádoru kyslíkem a živinami dochází v neoplastické tkáni k silné neoangiogenezi. Tato nově vznikající vaskulatura poměrně snadno propouští makromolekuly skrz dosud nedokonale utvořené cévní stěny do okolní nádorové tkáně.
Zároveň v nádorech zpravidla chybí (nebo je špatně vyvinut) lymfatický systém, který by odváděl nahromaděné makromolekulární látky z nádoru pryč. V důsledku EPR efektu tudíž dochází ke zvýšené akumulaci makromolekulárních látek v nádorové tkáni. Tento jev se někdy nazývá pasivní směrování.
Vhodně zvolená struktura polymerního nosiče však umožňuje i navázání směrující jednotky, např. protilátky, schopné specifické interakce s receptory, které se ve zvýšené míře vyskytují v buněčných membránách cílových buněk (aktivní směrování).
Polymerní cytostatika v léčbě solidních nádorů
Prvním polymerním terapeutikem vyvinutým v naší laboratoři byl kopolymer na bázi HPMA obsahující antracyklinové protinádorové antibiotikum doxorubicin (Dox) navázané přes tetrapeptid Gly‑Phe‑Leu‑Gly. Tetrapeptidová spojka mezi Dox a polymerním nosičem je během transportu v krevním řečišti stálá, avšak v přítomnosti intracelulárních enzymů, lysosomálních proteáz, může v buňce dojít k odštěpení volného léčiva. Tento polymerní konjugát, označený jako PK1, byl prvním polymerním cytostatikem na světě, které prošlo první a druhou fází klinických zkoušek ve Velké Británii. Navázání léčiva na polymerní nosič přes enzymově štěpitelnou spojku není jediný způsob, jak zajistit uvolnění účinné látky z polymeru v nádorových buňkách.
V posledních letech intenzivně studujeme kopolymer HPMA, na který je Dox navázán pH‑senzitivni, hydrolyticky štěpitelnou hydrazonovou vazbou. Hydrazonová vazba mezi léčivem a polymerním nosičem je poměrně stálá při pH 7,4 (odpovídajícím pH v krevním řečišti), ale v mírně kyselém prostředí endosomů uvnitř buněk (pH 5 až 6) dochází k rychlé hydrolýze vazby a k uvolnění léčiva v jeho původní podobě.
Výsledky biologického testování kopolymerů s Dox na myších nádorových modelech in vivo ukazují, že způsob navázání cytostatika k polymernímu nosiči zásadním způsobem ovlivňuje protinádorovou účinnost polymerních léčiv. Polymerní hydrazon je o několik řádů toxičtější pro nádorové buňky in vitro než PK1, je však méně toxický in vivo, a může být tedy při léčbě nádorů u myší podáván ve vyšších dávkách. Použití hydrazonových polymerů u některých typů myších nádorů vedlo k vyléčení všech pokusných zvířat i v případě, kdy bylo léčivo podáno v terapeutickém režimu. Z hlediska možného budoucího klinického použití těchto polymerních léčiv je důležité, že kromě účinku cytotoxického vykazovala polymerní léčiva i výrazné efekty imunostimulační.
Oba zmíněné systémy polymerních terapeutik mají molekulovou hmotnost významně vyšší (20 až 35 kDa) než nízkomolekulární léčiva, ale stále pod limitem renální filtrace, který je pro polymery HPMA blízko 50 kDa. V menší míře se již u obou systémů projevuje pasivní směrování do nádorů, a pro dosažení výraznější akumulace je třeba molekulovou hmotnost polymerního nosiče ještě zvýšit. Z tohoto důvodu jsme vypracovali metody přípravy dvou strukturně odlišných systémů; vysokomolekulárního biodegradovatelného polymerního nosiče a supramolekulárního micelárního nosiče připraveného samoorganizací amfifilního polymeru ve vodném prostředí. V prvním případě jde o ve vodě rozpustný nosič připravený kontrolovaným roubováním centrálního polymeru syntetického nebo přírodního původu (např. imunoglobulin) HPMA kopolymery nesoucími léčivo a reaktivní skupinu využitelnou k jednobodovému připojení k centrálnímu polymeru. V druhém případě jsme do struktury HPMA kopolymeru s navázaným léčivem připojili molekuly cholesterolu v takovém množství, aby vzniklý polymer tvořil ve fyziologickém roztoku micelární struktury o vysoké molekulové hmotnosti. Ukázali jsme, že jak roubované, tak micelární systémy jsou díky své vysoké molekulové hmotnosti významně akumulovány v solidních nádorech.
U obou vysokomolekulárních systémů je po úspěšném dopravení léčiva do nádoru nutné zajistit odstranění polymerního nosiče z organismu. Jelikož molekulová hmotnost těchto nosičů (až 500 kDa) je nad limitem renální filtrace, je nezbytné, aby v jejich struktuře byly zakomponovány biodegradovatelné, tj. enzymaticky štěpitelné spojky, které umožní po uvolnění léčiva rozpad nosiče na složky vylučitelné z organismu. Oba vysokomolekulární polymerní konjugáty vykazují při léčbě myší nesoucích různé typy nádorů vysokou protinádorovou aktivitu a často až 100% úspěšnost léčby.
Kromě doxorubicinu, který používáme v naší laboratoři jako modelové léčivo, je samozřejmě možné připravit polymerní terapeutika i s řadou dalších léčiv, např. s paclitaxelem, docetaxelem, dexamethasonem a mitomycinem C.
Quo vadis…
Z polymerních léčiv se schválení ke klinickému použití dočkalo doposud jen několik proteinů modifikovaných řetězci polyethylenglykolu a zatím jediný polymerní konjugát s protinádorovým léčivem, kopolymer styrenu a maleinové kyseliny nesoucí cytostatikum neocarcinostatin (neocarcinostatin stimalamer – SMANCS). V současné době je publikováno zahájení klinických zkoušek minimálně u 12 typů polymerních konjugátů cytostatik. Jako vždy při zavádění zcela nových principů a postupů do praxe se i zde projevuje jistá nezkušenost jak farmaceutických firem, tak i schvalujících institucí. Testování polymerních léčiv vyžaduje nejen nové výrobní postupy a způsoby charakterizace produktů, ale i nové metody jejich hodnocení.
Studium kopolymerů HPMA pro různé medicinální aplikace představuje i v současné době jeden z hlavních směrů výzkumu systémů pro cílenou dopravu léčiv v naší laboratoři i ve světě. Nezbývá než doufat, že se v brzké době situace změní a do klinického použití se dostanou polymerní terapeutika s novými, prozatím netušenými vlastnostmi.
Zdroj: