Paclitaxel, Historia, Producción, Mecanismo de acción, El uso clínico, Utilización de Investigación, Biosíntesis y biocatálisis, Nomenclatura


Paclitaxel es un inhibidor mitótico usado en la quimioterapia del cáncer. Fue descubierto en un programa del Instituto Nacional del Cáncer de EE.UU. en el Research Triangle Institute en 1967, cuando Monroe E. Wall y Mansukh C. Wani aislaron desde la corteza del tejo del Pacífico, Taxus brevifolia y lo llamaron taxol. Más tarde se descubrió que los hongos endófitos en la corteza sintetizan paclitaxel.

Cuando se desarrolló comercialmente por Bristol-Myers Squibb, el nombre genérico se cambió a paclitaxel y el compuesto BMS se vende bajo la marca comercial Taxol. En esta formulación, el paclitaxel se disuelve en Cremophor EL y etanol, como un agente de entrega. Una formulación más reciente, en el que el paclitaxel se une a la albúmina, se vende bajo la marca comercial Abraxane.

Paclitaxel se usa para tratar a pacientes con cáncer de pulmón, de ovario, de mama, cáncer de cabeza y cuello, y avanzadas formas de sarcoma de Kaposi. El paclitaxel también se utiliza para la prevención de la reestenosis.

El paclitaxel estabiliza los microtúbulos y, como resultado, interfiere con la descomposición normal de los microtúbulos durante la división celular. Junto con docetaxel, forma la categoría de drogas de los taxanos. Era objeto de una síntesis total de notable por Robert A. Holton.

Al tiempo que ofrece una mejora sustancial en la atención al paciente, el paclitaxel ha sido una droga relativamente controversial. Originalmente había preocupación por el impacto ambiental de su original de abastecimiento del tejo del Pacífico. Además, la asignación de derechos a Bristol-Myers Squibb, e incluso el propio nombre, han sido objeto de debate público y audiencias del Congreso.

Historia

El programa de plantas de selección, aislamiento y ensayos preclínicos

En 1955, el Instituto Nacional del Cáncer de los Estados Unidos estableció el Centro de Servicio Nacional del Cáncer Quimioterapia para actuar como centro de información pública para la actividad anticancerígena de los compuestos presentados por instituciones y empresas externas. Aunque la mayoría de los compuestos examinados eran de origen sintético, un químico, Jonathan Hartwell, que trabajaba allí desde 1958 en adelante, había tenido experiencia con compuestos derivados de productos naturales, y comenzó una operación de cribado de la planta. Después de algunos años de acuerdos informales, en julio de 1960, el NCI encargó botánicos USDA para recoger muestras de alrededor de 1.000 especies de plantas por año. El 21 de agosto de 1962, uno de los botánicos, Arthur S. Barclay, corteza obtenida de un solo árbol de tejo del Pacífico, Taxus brevifolia, en un bosque al norte de la ciudad de Packwood, Washington, como parte de un viaje de cuatro meses para recoger el material de más de 200 especies diferentes. El material se procesa por un número de subcontratistas CCNSC especializados, y una de las muestras de Taxus se encontró que era citotóxico en un ensayo celular el 22 de mayo de 1964.

En consecuencia, a finales de 1964 o principios de 1965, el laboratorio de fraccionamiento y aislamiento dirigido por Monroe E. Wall en Research Triangle Park, Carolina del Norte, comenzó a trabajar con muestras frescas de Taxus, aislar el ingrediente activo en septiembre de 1966 y el anuncio de sus resultados en un 04 1967 reunión de la Sociedad Química Americana, en Miami Beach. Lo llamaron el taxol compuesto puro en junio de 1967. Muro y su colega Wani publicaron sus resultados, incluyendo la estructura química, en 1971.

El NCI continuó trabajo de la comisión para recoger corteza más Taxus y aislar cantidades crecientes de taxol. Para 1969, 28 kg de extracto crudo habían sido aislados de casi 1.200 kg de corteza, aunque en última instancia, sólo se obtuvo 10 g de material puro, pero desde hace varios años, no se hizo uso del compuesto por el NCI. En 1975, se demostró que ser activo en otro sistema in vitro; dos años más tarde un nuevo jefe de departamento revisó los datos y, finalmente, el taxol recomendada puede mover a la siguiente etapa en el proceso de descubrimiento. Esto requiere cantidades cada vez mayores de purificado taxol, hasta 600 gramos, y en 1977 se hizo una nueva solicitud de 7.000 libras de corteza.

En 1978, dos investigadores del NCI publicó un informe mostrando taxol fue ligeramente efectiva en ratones leucémicos. En noviembre de 1978, el taxol ha demostrado ser eficaz en estudios de xenoinjertos. Mientras tanto, el taxol comenzó a ser conocido en la biología de las células, así como la comunidad del cáncer, con una publicación a principios de 1979 por Susan B. Horwitz, farmacólogo molecular en el Albert Einstein College of Medicine, muestra taxol tenía un mecanismo previamente desconocido de acción relacionada con la estabilización de microtúbulos. Junto con los problemas de formulación, este aumento de interés por parte de investigadores pretende que para 1980, el NCI prevé tener que recoger 20.000 libras de corteza. Los estudios de toxicología en animales se completaron en junio de 1982 y en noviembre de NCI aplican para el IND necesario para comenzar los ensayos clínicos en humanos.

A principios de ensayos clínicos, la oferta y la transferencia de BMS

La Fase I de ensayos clínicos comenzaron en abril de 1984, y la decisión de iniciar los ensayos de fase II se realizó un año después. Estos ensayos más grandes necesitan más corteza y una colección de más £ 12,000 fue encargado que permitió a algunos ensayos de fase II que comienzan a finales de 1986 - Pero entonces se reconoció que la demanda de taxol podría ser sustancial y que más de 60,000 libras de la corteza podría ser necesario como mínimo. Esta gran cantidad sin precedentes trajo preocupaciones ecológicas sobre el impacto en las poblaciones de tejo en el foco por primera vez, ya que los políticos y los técnicos forestales locales expresaron su malestar por el programa.

El primer informe público de un ensayo de fase II 05 1988 mostró un efecto en pacientes con melanoma y un tipo notable respuesta del 30% en pacientes con cáncer de ovario refractario. En este punto, Gordon Cragg de la rama del producto natural del NCI calcula la síntesis de taxol suficiente para tratar todo el cáncer de ovario y los casos de melanoma en los EE.UU. requeriría la destrucción de 360.000 árboles anualmente. Por primera vez, se consideró seriamente el problema de la alimentación.

Debido a la práctica y, en particular, la escala financiera del programa necesario, el NCI decidió buscar la asociación con una compañía farmacéutica, y en agosto de 1989, se publicó un acuerdo de desarrollo que ofrece sus acciones y de suministro de corriente de la corteza de corriente Investigación y Cooperativa acciones, y el acceso a la propiedad de los datos recogidos hasta el momento, a una empresa dispuesta a comprometerse a proporcionar los fondos necesarios para recoger más material en bruto, aislado taxol, y financiar una gran parte de los ensayos clínicos. En palabras del Goodman y el galés, autores de un libro académico sustancial sobre taxol,

 estaba pensando, no de colaboración, ... sino de una entrega de taxol

Aunque la oferta fue ampliamente anunciado, sólo cuatro empresas respondieron a la CRADA, incluyendo la firma estadounidense Bristol-Myers Squibb, que fue seleccionado como el socio en diciembre de 1989 - La elección de los BMS más tarde se convirtió en polémica y fue objeto de audiencias en el Congreso en 1991 y 1992 - Si bien parece claro el NCI tuvo más opción que buscar un socio comercial, también hubo controversia sobre los términos del acuerdo, llevando eventualmente a un informe de la Oficina General de Contabilidad de 2003, que concluyó el NIH no había garantizar la rentabilidad. En CRADAs relacionados con el USDA y el Departamento de Interior, Bristol-Myers Squibb fue dado exclusiva tanteo sobre todos los suministros federales de Taxus brevifolia. Este contrato de exclusividad conducen a algunas críticas por dar BMS un "monopolio del cáncer". Dieciocho meses después del CRADA, BMS presentó una solicitud de nuevo fármaco, que fue dada la aprobación del FDA en el final de 1992 - A pesar de que no había patente del compuesto, las disposiciones de la ley Waxman-Hatch dio Bristol-Myers Squibb cinco años exclusiva los derechos de comercialización.

En 1990, BMS aplica a la marca registrada el nombre taxol como el taxol. Esto fue polémico aprobado en 1992 - Al mismo tiempo, paclitaxel sustituye taxol como el nombre genérico del compuesto. Los críticos, incluyendo la revista Nature, argumentó el nombre taxol se ha utilizado durante más de dos décadas y en más de 600 artículos científicos y sugirió la marca no se debería haber concedido y el BMS debe renunciar a sus derechos sobre la misma. BMS argumentó el cambio de nombre podría causar confusión entre los oncólogos y posiblemente poner en peligro la salud de los pacientes. BMS ha seguido defendiendo su derecho al nombre en los tribunales. BMS también ha sido criticado por falsedad por Goodman y Walsh, quien cita de un informe empresarial diciendo

No fue sino hasta 1971 que se ... pruebas ... permitido el aislamiento de paclitaxel, inicialmente descrito como "compuesto 17 '

Esta cita es, en sentido estricto, precisa: la objeción parece ser que esto deja de lado erróneamente para explicar que era el científico que hace el aislamiento que nombró el taxol compuesto y no se conoce de ningún otro modo por más de veinte años.

Las ventas anuales alcanzaron su punto máximo en 2000, llegando a EE.UU. $ 1,6 mil millones; paclitaxel está disponible en forma genérica.

Producción

Desde 1967 a 1993, casi todos paclitaxel producido se deriva de la corteza del tejo del Pacífico, la recolección de los cuales mata el árbol en el proceso. Los procesos utilizados eran descendientes del método de aislamiento original del Muro y Wani, en 1987, el NCI había contraído Hauser Investigación Química de Boulder, Colorado, para manejar la corteza en la escala necesaria para la Fase II y III. Si bien hay una considerable incertidumbre sobre el tamaño de la población silvestre de Taxus brevifola era y lo que la eventual demanda de taxol sería, había quedado claro desde hace muchos años que se necesitaría una, fuente sostenible de suministro alternativa. Los primeros intentos de utilizar agujas del árbol, o material de otras especies de Taxus relacionados, incluyendo las cultivadas, pero estos intentos fueron plagadas de dificultades por los rendimientos relativamente bajos y, a menudo muy variable obtenidos. No fue sino hasta la década de 1990, en un momento de aumento de la sensibilidad a la ecología de los bosques del Pacífico Noroeste, que el taxol se extrajo con éxito a escala de utilidad clínica de estas fuentes.

Desde finales de la década de 1970, los químicos en los EE.UU. y Francia habían estado interesados en taxol. Un número de grupos estadounidenses, entre ellos uno dirigido por Robert A. Holton, intentó una síntesis total de la molécula, a partir de materiales de partida derivados de petroquímicos. Este trabajo fue motivada principalmente como una manera de generar conocimiento químico, en lugar de con cualquier expectativa de desarrollar una técnica de producción práctica. Por el contrario, el grupo francés de Pierre Potier en el CNRS rápidamente reconoció el problema de rendimiento. Su laboratorio era en un campus poblada por la relacionada tejo Taxus baccata, por lo agujas estaban disponibles localmente en gran cantidad. Para 1981, se había demostrado que era posible aislar cantidades relativamente grandes del compuesto 10-desacetilbaccatina, un primer paso plausible para una ruta de producción semisintética de taxol. Para 1988 se Copublicado una ruta como semisintético de las agujas del T. baccata. La vista del NCI, sin embargo, fue aún esta ruta no era práctico.

En 1988, y en particular con la publicación de Potier, estaba claro que Holton y una práctica ruta de producción semisintética sería importante. A finales de 1989, el grupo de Holton había desarrollado una ruta semisintética al paclitaxel con dos veces el rendimiento del proceso de Potier. Universidad del Estado de Florida, donde trabajó Holton, firmó un acuerdo con Bristol-Myers Squibb para licenciar esta y las futuras patentes. En 1992, Holton patentó un proceso mejorado con un rendimiento del 80%. BMS tomó el proceso en casa y comenzó a fabricar paclitaxel en Irlanda desde el 10-desacetilbaccatina aislado de las agujas del tejo europeo. A principios de 1993, BMS pudo anunciar que dejaría la dependencia de la corteza del tejo del Pacífico a finales de 1995, terminando con eficacia la controversia ecológica sobre su uso. Este anuncio también cumplió su compromiso de desarrollar una vía alternativa de suministro, hecho al NCI en su aplicación CRADA de 1989.

Otro grupo, dirigido por K.C. Nicolaou del Instituto de Investigación Scripps, ha anunciado la síntesis completa de paclitaxel, al mismo tiempo que el grupo de Holton en la Universidad Estatal de Florida. Holton argumentó que su técnica era superior a Nicolaou debido al mayor rendimiento, mientras que Nicolau dijo que sus rendimientos serían similares si Holton había calculado el rendimiento en cada paso en lugar de en un punto de su síntesis intermedio.

En la actualidad, toda la producción de paclitaxel para BMS utiliza la tecnología de fermentación de células de plantas desarrolladas por el Ithaca, Nueva York empresa de biotecnología Phyton Biotech, Inc. y llevado a cabo en su planta en Alemania. PCF utiliza una línea celular específica Taxus propagado en medio acuoso en grandes tanques de fermentación con el hongo endófito Penicillium raistrickii. El paclitaxel se extrae a continuación, directamente, se purificó por cromatografía y se aísla por cristalización. En comparación con la semisíntesis, PCF elimina la necesidad de muchos productos químicos peligrosos y ahorra una cantidad considerable de energía.

En 1993, el taxol se descubrió que se producirá en un hongo endófito recientemente descrita que vive en el tejo. Desde entonces se ha encontrado en un número de otros hongos endófitos, incluyendo Nodulisporium sylviforme, Alternaria taxi, Cladosporium cladosporioides MD2, Metarhizium anisopliae, Aspergillus candidus MD3, rouxianus Mucor sp., Chaetomella raphigera, Phyllosticta tabernaemontanae, Phomopsis, Pestalotiopsis pauciseta, Phyllosticta citricarpa, Podocarpus, Fusarium solani, Pestalotiopsis terminaliae, Pestalotiopsis breviseta, Botryodiplodia theobromae Pat., Gliocladium sp., Alternaria alternata var. monosporus, Cladosporium cladosporioides, Nigrospora sp., Pestalotiopsis versicolor, y Taxomyces andreanae.

Mecanismo de acción

El paclitaxel es uno de varios medicamentos que tubulina del citoesqueleto de destino. Las células tratadas con paclitaxel tienen defectos en el montaje del huso mitótico, la segregación de cromosomas, y la división celular. A diferencia de otras drogas dirigidas a-tubulina, tales como la colchicina que inhiben el ensamblaje de los microtúbulos, el paclitaxel estabiliza los microtúbulos el polímero y lo protege de desmontaje. Los cromosomas son por lo tanto incapaces de lograr una configuración del huso metafase. Esto bloquea la progresión de la mitosis, y la activación prolongada del puesto de control mitótico desencadena la apoptosis o la reversión a la fase G del ciclo celular y sin división celular.

La capacidad de paclitaxel para inhibir la función de cabezal se atribuye generalmente a su supresión de la dinámica de los microtúbulos, pero estudios recientes han demostrado que la supresión de la dinámica se produce a concentraciones más bajas que las necesarias para bloquear la mitosis. A las concentraciones terapéuticas más altas, el paclitaxel parece suprimir desprendimiento de microtúbulos a partir de los centrosomas, un proceso normalmente se activa durante la mitosis. El sitio de unión para el paclitaxel ha sido identificado en la subunidad beta-tubulina.

El uso clínico

Paclitaxel es aprobado en el Reino Unido para los cánceres de ovario, mama y pulmón y sarcoma de Kaposi. Se recomienda en guía NICE en junio de 2001 que se debe utilizar para el cáncer de pulmón de células no pequeñas en pacientes no aptos para el tratamiento curativo, y en el tratamiento de primera línea y de segunda línea del cáncer de ovario. En septiembre de 2001, paclitaxel recomendada AGRADABLE debe estar disponible para el tratamiento del cáncer de mama avanzado tras el fracaso de anthracyclic quimioterapia, pero que su uso de primera línea debe ser limitado a los ensayos clínicos. En septiembre de 2006, paclitaxel recomendado Bonito no debe ser utilizado en el tratamiento adyuvante del cáncer de mama con ganglios positivos temprano.

El coste para el NHS por paciente en el cáncer de mama precoz, suponiendo cuatro ciclos de tratamiento, es de aproximadamente 4.000.

Compuestos similares

Paclitaxel unido a albúmina es una formulación alternativa que paclitaxel se une a las nanopartículas de albúmina. Gran parte de la toxicidad clínica de paclitaxel se asocia con el disolvente Cremophor EL en el que se disuelve para la entrega. Abraxis BioScience Abraxane desarrollado, en el cual el paclitaxel está unido a la albúmina como un agente de entrega alternativa al método de suministro de disolvente a menudo tóxicos. Esto fue aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de EE.UU. en enero de 2005 para el tratamiento del cáncer de mama después del fracaso de la quimioterapia de combinación para la enfermedad metastásica o recidiva dentro de los seis meses de quimioterapia adyuvante.

Enfoques sintéticos para la producción de paclitaxel condujeron al desarrollo de docetaxel. El docetaxel tiene un conjunto similar de usos clínicos de paclitaxel y se comercializa bajo el nombre de Taxotere.

Recientemente se ha informado de la presencia de taxanos incluyen paclitaxel, 10-desacetilbacatina III, bacatina III, paclitaxel C, y 7-epipaclitaxel en las cáscaras y las hojas de las plantas de color avellana. El hallazgo de estos compuestos en los depósitos, que se consideran material de desecho y son producidos en masa por muchas industrias de alimentos, es de interés para la futura disponibilidad de paclitaxel.

La reestenosis

El paclitaxel se utiliza como un agente antiproliferativo para la prevención de la reestenosis de los stents coronarios; entregados localmente a la pared de la arteria coronaria, un recubrimiento de paclitaxel limita el crecimiento de la neoíntima dentro de los stents. Fármaco paclitaxel stents recubiertos se venden bajo el nombre comercial Taxus por Boston Scientific en los Estados Unidos.

Efectos secundarios

Los efectos secundarios comunes incluyen náuseas y vómitos, pérdida de apetito, alteración del gusto, afinado o cabello quebradizo, dolor en las articulaciones de los brazos o las piernas que duran dos o tres días, los cambios en el color de las uñas, y hormigueo en las manos o dedos de los pies. Los efectos secundarios más graves, como hemorragias o hematomas inusuales, dolor/enrojecimiento/hinchazón en el sitio de la inyección, el cambio en los hábitos intestinales durante más de dos días, fiebre, escalofríos, tos, dolor de garganta, dificultad para tragar, mareos, falta de aliento, cansancio intenso, erupción cutánea, enrojecimiento de la cara, la infertilidad femenina por daños ovario y dolor de pecho también puede ocurrir. Un número de estos efectos secundarios están asociados con el excipiente que se utilice, Cremophor EL, un aceite de ricino polioxietilado. Las alergias a medicamentos como la ciclosporina, tenipósido y medicamentos que contienen aceite de ricino polioxietilado pueden indicar un mayor riesgo de reacciones adversas a paclitaxel. La dexametasona se administra antes de comenzar el tratamiento con paclitaxel para mitigar algunos de los efectos secundarios. Leuprolida, un análogo de la GnRH puede prevenir el daño de ovario, de acuerdo con los estudios ratones.

Los derivados de paclitaxel

En los últimos años, una amplia investigación se ha hecho para encontrar una manera de mitigar los efectos secundarios de paclitaxel, mediante la alteración de su administración. DHA-paclitaxel, PG-paclitaxel y el tumor-activated profármacos de Taxol son sometidos a pruebas continua, y son en realidad en la manera de ser introducido en el uso clínico generalizado.

Protarga ha vinculado paclitaxel a ácido docosahexaenoico, un ácido graso fácilmente absorbidos por las células tumorales; el DHA-paclitaxel "no parece ser citotóxico hasta la unión con DHA se escinde dentro de la célula." La ventaja de DHA-paclitaxel más de paclitaxel es la capacidad DHA-paclitaxeles para llevar a concentraciones mucho más altas de paclitaxel a las células, que se mantienen durante períodos más largos en las células tumorales, lo que aumenta su acción. Con el aumento de la actividad, el DHA-paclitaxel, también conocido como Taxoprexin, puede tener una respuesta más exitosa en pacientes con cáncer que paclitaxel, y puede ser capaz de tratar más tipos de cáncer que paclitaxel ha sido capaz de tratar.

Cell Therapeutics ha formulado PG-paclitaxel, que es paclitaxel unido a un polímero de poliglutamato; células tumorales son significativamente más porosa a poliglutamato polímeros que las células normales, debido a las membranas endoteliales que gotean de las células tumorales. PG-paclitaxel se ha introducido en el uso clínico, y se ha demostrado para iniciar efectos secundarios muy leves y para tratar eficazmente muchos pacientes que no eran sensibles a la acción de Taxol. El PG-paclitaxel puede ser un medicamento contra el cáncer muy prometedor, ya que es mucho más selectivo que el paclitaxel para el cual las células que se dirige.

Inmunógeno ha sido la introducción de la tecnología profármaco tumor activado en los últimos años, y ahora está trabajando para aplicar esta tecnología a paclitaxel. Profármacos de Taxol tumor activados están diseñados para la focalización precisa, por la acción de un anticuerpo monoclonal que es muy específico para ciertas células. Investigación profármacos de Taxol tumor-activado está progresando, y en ratones, la "TAP basado en taxano erradicado completamente xenoinjertos tumorales humanos en dosis no tóxicas."

ANG1005 se compone de una molécula de un péptido llamado angiopep-2 unido a tres moléculas de paclitaxel. Es en la fase I de ensayos clínicos para algunos tipos de cáncer.

Utilización de Investigación

Aparte de su uso clínico directo, el paclitaxel se utiliza ampliamente en la investigación biológica y biomédica como un estabilizador de microtúbulos. En ensayos in vitro que implican los microtúbulos, tales como ensayos de la motilidad, se basan generalmente en paclitaxel para mantener la integridad de los microtúbulos en la ausencia de los diversos factores de nucleación y otros elementos estabilizadores que se encuentran en la célula. Por ejemplo, se utiliza para los ensayos in vitro de fármacos que tienen como objetivo alterar el comportamiento de las proteínas motoras de microtúbulos, o para estudios de proteínas motoras mutantes. El paclitaxel se utiliza a veces para los estudios in vivo, así, sino que puede ser alimentado a los organismos de prueba, tales como moscas de la fruta, o se inyecta en las células individuales, para inhibir la desagregación de los microtúbulos o para aumentar el número de los microtúbulos en la célula. El paclitaxel induce la remielinización en un ratón desmielinizante in vivo e in vitro inhibe hPAD2 aunque su cadena lateral del éster de metilo no lo hizo. Angiotech Pharmaceuticals Inc. comenzó los ensayos clínicos de fase II en 1999 como tratamiento de la esclerosis múltiple, pero en el 2002, informó que los resultados no mostraron significación estadística.

Biosíntesis y biocatálisis

La ruta sintética núcleo es a través de una vía de terpenoide, algunas de cuyas partes han sido trasplantados con éxito en la producción de cepas de E. coli y la levadura.

Nomenclatura

La nomenclatura de paclitaxel se estructura sobre un esqueleto de 17 carbonos tetracíclicos. Hay un total de 11 estereocentros. El estereoisómero activo es-paclitaxel.

  • Modelo de compilación de paclitaxel

  • Girado modelo de la molécula de paclitaxel

  • Estructura cristalina de paclitaxel.