Φαρμακολογική αξιολόγηση νέων σεσκιτερπενικών ενώσεων για αντικαρκινική δράση
Creators: name: Ακρίβου, Μελπομένη Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Σεσκιτερπενικές ενώσεις
Αντικαρκινική
Καλλιέργειες κυττάρων
Sesquiterpenoids
Anticancer
Cell culture

description: Τα σεσκιτερπένια είναι φυσικά προϊόντα που αν και παρουσιάζουν ενδιαφέρουσες φαρμακολογικές δράσεις, εν τούτοις δεν έχουν πλήρως διευκρινιστεί. Συγκεκριμένα, καθώς και αρκετά συνθετικά και ημισυνθετικά παράγωγά τους δείχνουν αξιόλογη κυτταροτοξική δράση σε in vitro κυτταρικά συστήματα, ενώ πολύ λίγα από αυτά έχουν εισέλθει σε κλινικές μελέτες για την θεραπεία του καρκίνου. Πρόσφατες μελέτες έχουν υποδείξει πολλές τέτοιες ενώσεις για την αντικαρκινική τους δράση, ενώ έχει υπάρξει προσπάθεια διερεύνησης των μοριακών μονοπατιών που εμπλέκονται σε αυτή τη φαρμακολογική τους δράση. Στην κατεύθυνση του σχεδιασμού ανάπτυξης και του φαρμακολογικού ελέγχου νέων σεσκιτερπενικών ενώσεων για την καταπολέμηση του καρκίνου κινείται και η συγκεκριμένη πειραματική μεταπτυχιακή εργασία. Πρόκειται για μια συνεργασία του εργαστηρίου Φαρμακολογίας, Τμήμα Φαρμακευτικής (Ι.Σ. Βιζιριανάκης, Αναπλ. Καθηγητής) και το εργαστήριο Οργανικής Χημείας, Τμήμα Χημείας (Α. Ζωγράφος, Επίκ. Καθηγητής) του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης συνεργασίας, σχεδιάστηκαν οκτώ ενώσεις, συνθετικά παράγωγα σεσκιτερπενίων για να μελετηθούν φαρμακολογικά ως προς την αντικαρκινική τους δράση. Οι ενώσεις αυτές έχουν κωδικοποιηθεί κατά σύμβαση για τους σκοπούς της παρούσας ερευνητικής μελέτης. Η in vitro φαρμακολογική αξιολόγηση των σεσκιτερπενικών ενώσεων πραγματοποιήθηκε σε καρκινικά (U87 MG, MCF-7) και φυσιολογικά (MRC-5) κύτταρα. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν μελέτες ελέγχου της κινητικής κυτταρικής ανάπτυξης και του ποσοστού κυτταρικού θανάτου στις καλλιέργειες και εύρεση της IC50 για όλες τις ενώσεις στις τρεις κυτταρικές σειρές παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων των ενώσεων (δοσοεξαρτώμενα πειράματα). Επιπρόσθετα, για την πιο ενδιαφέρουσα ένωση από φαρμακολογική άποψη (VDS58) πραγματοποιήθηκε μελέτη της κυτταρικής ανάπτυξης των κυττάρων σε συγκεκριμένη σταθερή συγκέντρωση (IC50) της ουσίας σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα (χρονοεξαρτώμενα πειράματα). Περαιτέρω, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διερεύνησης του μοριακού μηχανισμού δράσης της ένωσης VDS58 σε μοριακό επίπεδο. Οι μελέτες αυτές αφορούσαν στον έλεγχο της έκφρασης γονιδίων που σχετίζονται με τον κυτταρικό κύκλο και την απόπτωση. Τα αποτελέσματα προτείνουν ότι η έκθεση μόνο των ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων γλοιοβλαστώματος U87 MG με την ένωση VDS58 προκαλεί σημαντική αύξηση της έκφρασης του γονιδίου p21 οδηγώντας έτσι στην καθήλωσή τους στη φάση G1 του κυτταρικού κύκλου. Ένα ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον αποτελεί η παρατήρηση ότι η ενεργοποίηση της έκφρασης του p21 είναι παροδική στις πρώτες 24 ώρες, αφού τα κύτταρα οδηγούνται σε επάνοδο των επιπέδων έκφρασης του συγκεκριμένου γονιδίου στα αρχικά επίπεδα, γεγονός που επιτρέπει παράλληλα και τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων στην καλλιέργεια. Αντίθετα, κυρίως στα ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα του μαστού MCF-7, παρατηρούνται μορφολογικές διαφορές τύπου EMT (epithelial mesenchymal transition), γεγονός ιδιαίτερης ερευνητικής σημασίας. Συνολικά τα δεδομένα της παρούσας ερευνητικής μεταπτυχιακής εργασίας παρουσιάζουν νέα στοιχεία για τη φαρμακολογική δράση σεσκιτερπενικών ενώσεων, η πλήρης αποσαφήνιση της φαρμακολογικής τους συμπεριφοράς βρίσκεται υπό διερεύνηση στο εργαστήριο Φαρμακολογίας. Παράλληλα, αρκετά παράγωγα σεσκιτερπενίων έχουν μπει στη σφαίρα έρευνας και κατανόησης της δράσης τους ως νέα, καινοτόμα, εξαιρετικά υποσχόμενα αντικαρκινικά θεραπευτικά για καρκίνους που η συμβατική θεραπεία έχει αποτύχει. Οι ερευνητές στοχεύουν στην εκλεκτική καταστροφή των καρκινικών κυττάρων, χωρίς να επηρεαστεί ο υπόλοιπος πληθυσμός των φυσιολογικών κυττάρων. Η ολοκλήρωση των προσπαθειών για κατανόηση και ανάπτυξη τέτοιων παραγώγων σεσκιτερπενίων περισσότερο εκλεκτικών στη αντικαρκινική τους δράση ενώσεων αναμένεται να οδηγήσει σε ασφαλέστερα συμπεράσματα για το ποιες χημικές δομές από τα σεσκιτερπενικά μόρια είναι τα πιο ενδιαφέροντα από φαρμακολογική άποψη για περαιτέρω κλινική μελέτη. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασία συνεισφέρουν σε αυτήν την κατεύθυνση.
description: Sesquiterpenes are plant derived products whose pharmacological effects attracted an interest in recent years. Moreover, in specific cases, their biological effects have been unraveled to be elicited by intracellularly targeting specific signaling molecular pathways. To this end, molecules of this class have shown in vitro cytotoxicity in cell models, while some of them have also entered testing to clinical trials for cancer therapy. Towards designing new innovative sesquiterpene compounds with improved pharmacological effects, the Departments of Pharmacology at School of Pharmacy (I.S. Vizirianakis, Assoc. Professor) and Organic Chemistry at School of Chemistry (A. Zografos, Assist. Professor) in Aristotle University of Thessaloniki established a research collaboration. Within this framework, eight new sesquiterpene derivatives were designed and synthesized in order to more specifically target cancer cells. Τhis M.Sc. thesis was the evaluation of the pharmacological profile of these new compounds in human tumor (glioblastoma U-87MG; metastatic breast cancer MCF-7) and normal (MRC-5) cells. During the course of this study, the cell growth assessment was performed to allow the calculation of IC50 values for all the new compounds in the panel of cell lines applied. The kinetics of accumulation of dead cells in the culture has also been studied upon exposure of cells at various concentrations of the agents. The most promising agent VDS58 was then selected for further evaluation. The proliferation potential of VDS58 as well as the accumulation of dead cells in cultures was also measured after incubation of cells in IC50 concentration in a time-dependent manner. Finally, the expression level of a panel of thirteen genes related to apoptosis and/or cell cycle regulation was studied by real-time PCR (qPCR) in U-87MG, MCF-7 and MRC-5 cells exposed to VDS58 for different time intervals. The data obtained thus far regarding the pharmacological evaluation of these new derivatives of sesquiterpenes tested are: One of the compounds, VDS58 could lead as a promising anticancer agent. Some of these compounds exhibit promising cytotoxicity in human cancer cell lines in the range of 10-5 M, with VDS58 being the most cytotoxic, whereas the others lack cytotoxicity capacity (&gt;10-4M). Also, importantly for VDS58, although cell growth has been inhibited, however, this was not correlated with any appearance of high levels of accumulation of cell death in cultures. The cellular morphology mainly of MCF-7 cells exposed to VDS58 exhibited changes with the behavior resembling to EMT phenotype; the latter effect, is under further investigation in our laboratory. VDS58 has been shown to transiently inhibit proliferation of U87 MG cells. Indeed, after 48hr exposure, cells are capable to recapitulate normal cell growth rates in culture. qPCR analysis of cell cycle- and/or apoptosis-related gene expression in U-87MG cultures exposed to VDS58 has indicated a transcriptional activation of p21 gene during the first 24hr of exposure, a fact indicating a cell cycle arrest at G1 phase. However, cells are again capable of overcoming such initial p21 gene activation by suppressing it afterwards and reach expression levels comparable to untreated cultures after 48-72hr. Overall, the results of the present MSc thesis add new insights to sesquiterpene pharmacology, since the new synthetic derivative VDS58 presents an interesting profile at cellular and molecular level that obviously des erves further investigation as lead compound both in vitro and in vivo.