ES2279506T3 - Nitrorreductasa bacteriana para la reduccion de cb1954 y analogos del mismo a una forma citotoxica. - Google Patents

Nitrorreductasa bacteriana para la reduccion de cb1954 y analogos del mismo a una forma citotoxica. Download PDF

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Roger Phls Ctr For Applied Microbiology Sherwood
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Michael The Institute Of Cancer Research Jarman
Richard The Institute of Cancer Research KNOX
Anthony The Institute of Cancer Research MAUGER
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Abstract

LA INVENCION PROPORCIONA UNA NITROREDUCTASA, OBTENIBLE DE UNA BACTERIA QUE TIENE LAS SIGUIENTES CARACTERISTICAS QUE SON EJEMPLIFICADAS POR EJEMPLOS AISLADOS DE ESCHERICHIA COLI B Y BACILLUS AMILOLIQUIFACIENS: 1) ES UNA FLAVOPROTEINA QUE TIENE UN PESO MOLECULAR EN EL MARGEN DE 20-60 KILODALTONS; 2) REQUIERE NADH O NAD(P)H O ANALOGOS DE ELLOS COMO UN COFACTOR; 3) TIENE UN KM DE NADH O NAD(P)H EN EL MARGEN DE 1-100 (MU)M; Y 4) ES CAPAZ E REDUCIR ALGUNO O AMBOS GRUPOS NITRO DE CB 1954 Y ANALOGOS DE ELLOS A UNA FORMA DE CITOTOXINA P.EJ. HIDROXILAMINA. LA SECUENCIA DE UNA DE TALES NITROREDUCTASAS ES MOSTRADA EN SEQ. ID NO. 1. LA NITROREDUCTASA PUEDE SER CONJUGADA A UN AGENTE DE ELECCION DE OBJETIVOS TUMORALES TALES COMO UN ANTICUERPO MONOCLONICO Y USADO PARA CONVERTIR PRODROGAS EN AGENTES ANTI-TUMOR ACTIVOS. TALES PRODROGAS Y DROGAS TAMBIEN SE PROPORCIONAN.

Description

Nitrorreductasa bacteriana para la reducción de CB1954 y análogos del mismo a una forma citotóxica.
La presente invención se refiere al control del crecimiento de tejido neoplásico y se refiere particularmente a la provisión de nuevos agentes antitumorales y a enzimas capaces de convertir profármacos en agentes antitumorales.
El agente alquilante 5-(aziridín-1-il)-2,4-dinitrobenzamida (en lo sucesivo denominada CB1954) se conoce, desde hace prácticamente 20 años, como un interesante compuesto experimental de selectividad única. Aunque CB 1954 estructuralmente se encuentra bastante estrechamente relacionada con numerosos otros agentes alquilantes conocidos que presentan un intervalo de actividad relativamente amplio, CB 1954 muestra considerable actividad contra las células tumorales de Walker in vivo o in vitro pero se pensó que era virtualmente inactiva contra otros tumores.
Recientemente se ha descubierto que la selectividad de CB 1954 surge del hecho de que no es un agente antitumoral per se sino un profármaco para un agente antitumoral generado a partir de CB 1954 por un enzima nitrorreductasa que se encuentra en la célula de Walker. Esta nitrorreductasa de la célula de Walker posteriormente se ha demostrado que es un enzima conocido de otras fuentes que era una NAD(P)H deshidrogenasa (quinona) clasificada como EC.1.6.99.2, ver Robertson et al., J. Biol. Chem. 261:15794-15799, 1986.
En el cuso de las investigaciones anteriores con CB 1954, se descubrió que el enzima EC.1.6.99.2 de las células de Walker presentaba la capacidad de reducir el grupo 4-nitro de CB 1954 a la hidroxilamina correspondiente y que era la 5-(aziridín-1-il)-2-nitro-4-hidroxilamino-benzamida resultante el agente antitumoral activo.
La utilización de profármacos representa un concento clínicamente muy valioso en la terapia del cáncer debido a que, particularmente en el caso de que el profármaco debe convertirse en un agente antitumoral bajo la influencia de un enzima que es ligable a un anticuerpo monoclonal que se une a un antígeno asociado a tumor, la combinación de este profármaco con este conjugado de enzima/anticuerpo monoclonal representa un agente clínico muy
potente.
La patente EP nº A-0 330 432; Knox et al., Biochem. Pharm. 37(24):4671-4677; y Knox et al., Biochem. Pharm. 37(24):4661-4669, describen el compuesto CB1954 (5-(aziridín-1-il)-2,4-dinitrobenzamida) y el enzima nitrorreductasa (NR) de células tumorales de Walker, y el descubrimiento de que CB 1954 es sustrato para el enzima nitrorreductasa (NR) que se encuentra en las células tumorales de Walker, rindiendo una especie especialmente activa, el análogo 4-hidroxilamino.
Bryant et al. (J. Biochem. 266(7):4126-4130) describe la clonación, la secuencia de nucleótidos, y la expresión en E. coli de un gen nitrorreductasa de Enterobacter cloacae.
La patente EP nº A-0 441 218 describe profármacos antitumorales que son bencilcarbamatos y carbonatos de orto/paradisulfuro.
La patente EP nº A-0 441 218 describe profármacos antracíclicos-glucosilo que aparentemente pueden utilizarse como parte de ADEPT para el cáncer.
Los presentes inventores ahora han descubierto nuevas nitrorreductasas, obtenibles a partir de fuentes bacterianas, que resultan de interés en que no sólo son capaces de convertir CB 1954 en un agente antitumoral activo, sino que también, al contrario que EC.1.6.99.2, son capaces de convertir análogos de CB 1954, que también son profármacos, en agentes antitumorales activos.
Descripción de los dibujos
La figura 1 muestra los resultados de un experimento en el que se incubaron CB 1954 (100 \muM) y cofactor reducido (500 \muM) con enzima (2 mg/ml) nitrorreductasa de E. coli (A) o con 25 \mug/ml de diaforasa de Walker DT (B) en tampón fosfato sódico 10 mM (pH 7) en aire a 37ºC. En diversos tiempos se inyectaron alícuotas (10 \mul) sobre una columna Partisil SCX (240 x 4,7 mm) de HPLC y se eluyeron isocráticamente (2 ml/min) con NaH_{2}PO_{4} 100 mM. Se realizó un seguimiento continuo del eluído para la absorción a 320, 260 y 360 nm y se calculó la concentración de CB 1954 mediante integración del pico correspondiente a este compuesto en el diagrama de HPLC.
La figura 2 muestra la formación de actinomicina D (AMD) durante la incubación de un profármaco de AMD con una nitrorreductasa de la presente invención.
La figura 3 muestra la formación de mitomicina C (MC) durante la incubación de un profármaco de MC con una nitrorreductasa de la presente invención.
La figura 4 muestra la unión in vitro a células de un conjugado de anticuerpo-enzima de acuerdo con la invención.
\newpage
La presente invención proporciona una nitrorreductasa, obtenible a partir de una bacteria que presenta las características siguientes, tal como se ejemplifica en ejemplos aislados de Escherichia coli B y de Bacillus amyloliquifaciens:
1.
flavoproteína con un peso molecular comprendido en el intervalo entre 20 y 60 kilodaltons;
2.
requiere NADPH o NAD(P)H o análogos de los mismos como factor;
3.
presenta un K_{m} para NADH o NAD(P)H comprendido en el intervalo entre 1 y 100 \muM;
4.
es capaz de reducir cualquiera o todos los grupos nitro de CB 1954 y análogos de los mismos formando una forma citotóxica, por ejemplo la hidroxilamina.
Las nitrorreductasas de la invención se hallan naturalmente dentro de las células de E. coli B, de E. coli C y de otras cepas de E. coli, por ejemplo del tipo K12, así como en otros organismos gram-negativos, por ejemplo Thermus aquaticus, y en bacterias gram-positivas, tales como Bacillus amyloliquifaciens y Bacillus caldotenax. Pueden recuperarse de estas células rompiendo las células y sometiendo el contenido de las células a separación cromatográfica y aislando la nitrorreductasa.
Por ejemplo, la nitrorreductasa de la presente invención de E. coli B ha sido purificada hasta la homogeneidad, ver la Tabla 1, y ha sido sometida a análisis de secuencia de aminoácidos con los resultados proporcionados en la Tabla 2. La secuencia superior muestra la secuencia de aminoácidos teórica de la nitrorreductasa 219-mero obtenida de Salmonella typhimurium, tal como describen Watanabe et al., Nucl. Acids Res. 18:1059, 1990. La secuencia inferior en negrita muestra la secuencia de los fragmentos obtenidos con bromuro de cianógeno de la nitrorreductasa de E. coli B como ejemplo de la presente invención con cierto grado de homogeneidad pero con suficientes diferencias para confirmar que es una nitrorreductasa diferente de la de Watanabe et al. y de las nitrorreductasas de Enterobacter cloacae recientemente descritas, ver Bryant et al., J. Biol. Chem. 266:4126, 1991, o de la nitrorreductasa de las células de Walker, y es un enzima no informado con anterioridad.
La secuencia de aminoácidos de la nitrorreductasa de E. coli B de la invención también puede derivarse a partir de la secuenciación de los nucleótidos en el gen nitrorreductasa y estas secuencias se proporcionan posteriormente, en la Tabla 3. La secuencia de nucleótidos de la Tabla 3 se ha utilizado para preparar los listados de secuencia adjuntos.
Mediante la utilización de la información en la Tabla 3, puede prepararse una nitrorreductasa de acuerdo con la presente invención expresando el ADN codificante de la nitrorreductasa en un vector de expresión adecuado contenido en una célula huésped, y recuperando la nitrorreductasa. El vector de expresión puede ser, por ejemplo, un vector de expresión bacteriano, levadura, de insecto o de mamífero y la célula huésped se selecciona para que sea compatible con el vector.
Tal como se ha indicado anteriormente, los nuevos enzimas de la presente invención son capaces de reducir un grupo nitro en diversas moléculas de sustrato y los presentes inventores han descubierto que los enzima resultan particularmente útiles por su capacidad de reducir el grupo nitro de diversos derivados p-nitrobenciloxicarbonilo de compuestos citotóxicos, proporcionando compuestos "autodestructivos" que se descomponen automáticamente, liberando los compuestos citotóxicos.
El interés en el presente enfoque reside en el hecho de que la citotoxicidad de diversos compuestos citotóxicos que contienen sustituyentes amino o hidroxi, particularmente sustituyentes amino aromáticos o hidroxi da lugar a derivados p-nitrobencilxicarbonilo del grupo amino o hidroxi que muestran una citotoxicidad considerablemente inferior que la del compuesto amino o hidroxi parental. De esta manera, resulta posible utilizar los derivados p-nitrobenciloxicarbonilo como profármacos en un sistema del tipo comentado anteriormente, en el que el profármaco se convierte en un agente antitumoral bajo la influencia de un enzima que es ligable a un anticuerpo monoclonal que se unirá al antígeno asociado a tumor.
Por consiguiente, la presente invención proporciona nuevos compuestos con la fórmula general:
1
\vskip1.000000\baselineskip
2
en la que R^{1} y R^{2} son grupos que permite que los compuestos R^{1}NH_{2} y R^{2}OH sean compuestos citotóxicos.
Resulta preferente que los compuestos R^{1}NH_{2} y R^{2}OH son compuestos citotóxicos aromáticos y los compuestos R^{1}NH_{2} pueden ser cualquiera de los bien conocidos compuestos de mostaza nitrogenada, por ejemplo basados en p-fenilendiamina. De esta manera, el compuesto R^{1}NH_{2} puede ser:
3
o análogos de este compuesto con la estructura general IV:
4
en las que R' y R'' son H, F o CH_{3}, y particularmente en los que:
R'=H y R''=CH_{3};
o R'=CH_{3} y R''=H;
o R'=H y R''=F;
o R'=F y R''=H.
Un tipo adicional de compuesto aminocitotóxico que puede utilizarse de acuerdo con la presente invención son compuestos tales como la actinomicina D, la doxorubicina, la daunomicina y la mitomicina C. La estructura de los profármacos derivados de la actinomicina D, la doxorubicina y la mitomicina C se muestran a continuación como V, VI y VII, respectivamente.
5
6
7
Pueden prepararse derivados p-nitrobenciloxi similares en el sustituyente amino de otras actinomicinas de los otros compuestos citotóxicos del tipo indicado anteriormente.
Además de formar derivados p-nitrobenciloxicarbonilo en un grupo amino en un compuesto citotóxico, pueden prepararse derivados similares en un grupo hidroxi; particularmente un grupo hidroxi fenólico de un compuesto citotóxico. En la presente invención se presta atención a los compuestos de mostaza nitrogenada fenólico, y un compuesto específico de la invención de este tipo presenta la fórmula:
8
En un aspecto adicional de la invención, los presentes inventores han determinado que los nuevos enzimas de la presente invención son capaces no sólo de reducir por lo menos uno de los grupos nitro de CB 1954 sino también por lo menos uno de los grupos nitro de determinados análogos de CB 1954, por ejemplo descarboxamido CB1954 (1-aziridín-1-il-2,4-dinitrobenzamida, conocido como CB 1837) y N,N-dimetil CB 1954 [N,N-dimetil-(5-aziridín-1-il-2,4-dinitrobenzamida, también conocida como CB 10-107]. Los nuevos enzimas de la presente invención también son capaces de reducir los grupos nitro de otros compuestos nitro aromáticos, tales como 5-cloro-2,4-dinitrobenzamida, 3,5-dinitrobenzamida, 3-nitrobenzamida, 4-nitrobenzamida y 5-nitro-2-furaldehídodesemicarbazona (nitrofurazona).
Tal como se ha indicado anteriormente, las nitrorreductasas de la presente invención son capaces de convertir CB 1954 en 2-hidroxilainino-4-nitro-5-(aziridín-1-il)benzamida, que es un agente antitumoral activo.
Tal como se ha indicado anteriormente, los nuevos compuestos p-nitrofenilbenciloxi de la invención de fórmulas I y II son de interés en que presentan una citotoxicidad reducida en comparación con la del compuesto citotóxico R^{1}NH_{2} o R^{2}OH del que se derivan y son capaces de actuar como sustrato para la nitrorreductasa de la presente invención. Aunque la presente invención no depende, por su definición, del modo de acción exacto de la nitrorreductasa sobre el compuesto de fórmula I o II, se cree que el grupo nitro del residuo p-nitrofenil-benciloxicarbonilo se convierte en el grupo amino o hidroxilamino correspondiente y que el compuesto p-aminobenciloxicarbonilo o p-hidroxil-aminobenciloxicarbonilo se degrade automáticamente bajo las condiciones de reacción utilizadas para la reacción enzimática, liberando el compuesto citotóxico y formando alcohol p-aminobencilo o alcohol p-hidroxilaminobencilo y dióxido de carbono como productos secundarios de acuerdo con el esquema de reacción siguiente:
9
Los compuestos p-nitrobenciloxicarbonilo de la invención se preparan convenientemente mediante procedimientos de síntesis química conocidos per se. Por ejemplo, los compuestos amina o hidroxi citotóxicos pueden reaccionarse con cloroformato de 4-nitrobencilo bajo condiciones anhidras en presencia de un aceptor cloruro de hidrógeno, particularmente una alquilamina, tal como trietilamina. Esta reacción puede llevarse a cabo en un solvente orgánico seco, tal como cloroformo, y el compuesto resultante de la invención de fórmula I o de fórmula II, aislarse del solvente orgánico mediante procedimientos convencionales, tales como la cromatografía.
Una de las maneras más convenientes para producir la nueva nitrorreductasa de la invención es recuperar el material a partir del contenido celular de bacterias tales como E. coli B.
Alternativamente, resulta posible clonar el gen, aislable de las bacterias, codificante del enzima deseado y transferir el gen clonado, en un sistema vector adecuado, al interior de otra célula huésped a partir de la que puede expresarse, o en el interior de la cual puede expresarse.
Con el fin de producir la reducción enzimática de CB 1954 y sus análogos con los nuevos enzimas de la presente invención, resulta necesario disponer de un cofactor presentes en el sistema de reacción. La capacidad del enzima de la presente invención de producir esta reducción puede demostrarse experimentalmente mediante la utilización de NADH o NAD(P)H como el cofactor, pero la utilización de estos cofactores en la práctica clínica puede resultar problemática en vista de la facilidad con la que NAD(P)H en particular resulta oxidado por otros enzimas presentes en el cuerpo y la falta de selectividad de los cofactores entre los diversos enzimas de mamífero y de no mamífero. Los presentes inventores ahora han descubierto que el ribósido del ácido 1,4-dihidro-nicotínico es por lo menos tan efectivo como cofactor en la reducción de la nitrorreductasa de CB 1954 y análogos de la misma y además, debido a su selectividad para la nitrorreductasa de E. coli de la invención, resulta más adecuada para la utilización clínica, lo que hace que su incorporación en un sistema multicomponente del tipo descrito posteriormente resulte particularmente valiosa.
El ribósido del ácido 1,4-dihidro-nicotínico que puede utilizarse en la presente invención como cofactor es un nuevo compuesto y forma parte de la presente invención. Puede prepararse a partir de ribósido de ácido nicotínico disponible comercialmente que en primer lugar se convierte en el ribósido correspondiente mediante desfosforilación enzimática, por ejemplo utilizando una fosfatasa alcalina. El ribósido, obtenido mediante esta desfosforilación enzimática, o mediante síntesis química, utilizando el procedimiento descrito por Jarman, J. Chem. Soc. (c) 918-920, 1969, seguidamente puede reducirse, por ejemplo utilizando un hidrosulfito de metal alcalino, proporcionando ribósido de ácido 1,4-dihidro-nicotínico.
Una de la aplicaciones prácticas más importantes de los nuevos enzimas de la presente invención es que pueden utilizarse en asociación con compuestos nitro que son profármacos para agentes antitumorales y de esta manera proporcionar un sistema de quimioterapia del cáncer en el que el grado de exposición del paciente al agente citotóxico se encuentre limitado, en lo posible, a aquellas regiones en las que existe interacción entre el profármaco y la nitrorreductasa de la invención. De esta manera, se describe en la presente invención un procedimiento de quimioterapia y un sistema para la quimioterapia que implica la utilización conjunta de la nitrorreductasa de la presente invención en asociación con un compuesto nitro que es un profármaco para un compuesto citotóxico.
La manera más conveniente, o una de las más convenientes, de utilizar el sistema de la presente invención es conjugar la nitrorreductasa de la presente invención con un agente de transporte, tal como un anticuerpo monoclonal que se unirá con un antígeno asociado a tumor.
Tal como se utiliza en la presente invención, la expresión "anticuerpo monoclonal" será entendida por los expertos en la materia como referida no simplemente a anticuerpos producidos mediante técnicas de hibridoma tradicionales, sino también a anticuerpos y variantes de los mismos producidos por medios recombinantes. Entre estos se incluyen, por ejemplo, anticuerpos humanizados, tales como aquellos con una región constante de un anticuerpo humano injertado en una región variable de un anticuerpo no humano (ver, por ejemplo, la patente EP nº A-0 120 694), anticuerpos quiméricos, tales como aquellos con regiones determinantes de complementariedad (CDRs) no humanas injertadas en un marco de región variable humana (ver, por ejemplo, la patente EP nº A-0 239 400) y anticuerpos de cadena única. Los fragmentos de estos anticuerpos monoclonales que conservan su actividad de unión diana también se encuentran incluidos en la expresión general "anticuerpo monoclonal". Ésta incluye los fragmentos Fab' y F(ab')_{2}.
La selección de anticuerpo monoclonal se verá claramente influida por la naturaleza del tumor diana, aunque para los fines de la presente invención, puede hacerse referencia al anticuerpo A_{5}B_{7} anti-CEA.
Como alternativa a la utilización de un anticuerpo monoclonal, también se contempla que puedan utilizarse otros agentes de transporte con los que se conjuga la nitrorreductasa de la presente invención. Por ejemplo, es conocido que pueden utilizarse determinadas macromoléculas solubles para el transporte pasivo tumoral de determinados tipos tumorales. Muchos tumores sólidos poseen vasculatura que es hiperpermeable a las macromoléculas. Aunque no se entienden con claridad las razones de ello, el resultado es que en estos tumores puede acumularse selectivamente las macromoléculas circulantes. La permeabilidad y efecto de retención incrementados (el efecto EPR) que cree que es el mecanismo de acción de SMANCS (estireno/maleico-anhídrido-neocarzinostina), en la actualidad en uso clínico regular en Japón en el tratamiento del hepatoma. Otra clase de conjugados bajo investigación para actividad anticáncer son los conjugados de copolímero N-(2-hidroxipropil)metacrilamida-antraciclina (L. Seymour, Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems 9(2):135-187, 1992). De esta manera, los conjugados de un polímero, incluyendo el copolímero de estireno/maleico-anhídrido o la N-(2-hidroxipropil)metacrilamida y la nitrorreductasa de la invención pueden utilizarse en lugar de conjugados de un anticuerpo monoclonal y enzima.
Con este sistema, resulta posible durante un curso de quimioterapia del cáncer, administrar al paciente que requiere del tratamiento, el compuesto nitro que es el profármaco del compuesto citotóxico y del conjugado de enzima/agente de transporte. El profármaco y el conjugado pueden administrarse simultáneamente pero con frecuencia resulta preferible, en la práctica clínica, administrar el conjugado de enzima/agente antes del profármaco, por ejemplo hasta 72 horas antes, con el fin de proporcionar al conjugado de enzima/agente la oportunidad de localizarse en la región del tumor diana. Realizando la operación de esta manera, cuando se administra el profármaco, la conversión del profármaco en el agente citotóxico tiende a confinarse a las regiones en las que se localiza el conjugado de enzima/agente, es decir se minimiza la región del tumor diana y el daño a las células sanas causado por la liberación prematura del agente citotóxico.
El grado de localización del conjugado de enzima/agente (en términos de la proporción entre conjugado activo localizado y libre circulante) se puede incrementar adicionalmente utilizando los sistemas de eliminación y/o de inactivación descritos en la patente WO nº 89/10140. Esto implica, habitualmente tras la administración del conjugado y antes de la administración del profármaco, la administración de un componente (un "segundo componente") capaz de unirse a una parte del conjugado que inactive el enzima y/o acelere la eliminación del conjugado de la sangre. Este componente puede incluir un anticuerpo a la nitrorreductasa de la invención que es capaz de inactivar el enzima.
El segundo componente puede unirse a una macromolécula, tal como dextrano, un liposoma, albúmina, macroglobulina o un eritrocito del grupo sanguíneo O, de manera que el segundo componente tenga su salida restringida del compartimiento vascular. Además, o alternativamente, el segundo componente puede incluir un número suficiente de residuos de galactosa covalentemente unidos, o residuos de otros azúcares, tal como lactosa o manosa, de manera que puede unirse al conjugado en el plasma, pero eliminarse del plasma junto con el conjugado por receptores de la galactosa o de otros azúcares en el hígado. El segundo componente debe administrarse y diseñarse para la utilización de manera que no entre, en grado apreciable, en el espacio extravascular del tumor, donde podría inactivar conjugado localizado antes y durante la administración del profármaco.
El régimen de dosificación exacto evidentemente deberá ser determinado por los médicos individuales para los pacientes individuales y esto, a su vez, estará controlado por la naturaleza exacta del profármaco y del agente citotóxico que debe liberarse del profármaco, aunque pueden proporcionarse algunas recomendaciones generales. La quimioterapia de este tipo normalmente implica la administración parenteral de tanto el profármaco como el conjugado de enzima/agente y se observa con frecuencia que la administración por vía intravenosa es la más práctica.
Teniendo en cuenta la manera en la que deben utilizarse los enzimas de la presente invención, en la presente memoria también se describen composiciones farmacéuticas que comprenden el enzima, preferentemente conjugadas con un agente de transporte, tal como un anticuerpo monoclonal capaz de unirse a un antígeno asociado a tumor en asociación con un portador o diluyente farmacéuticamente aceptable, normalmente uno adecuado para la administración parenteral.
También se describen en la presente invención composiciones farmacéuticas que comprenden uno o más de los compuestos p-nitrobenciloxicarbonilo de la presente invención de fórmula I, fórmula II, fórmula V, fórmula VI o fórmula VII en asociación con un portador o diluyente farmacéuticamente aceptable, normalmente uno para la administración parenteral.
La presente invención también proporciona un sistema para la utilización en el control de la neoplasia en un ser humano o animal que comprende las nitrorreductasas de la presente invención, preferentemente conjugados con un agente de transporte, tal como un anticuerpo monoclonal que se une a un antígeno asociado a tumor, en asociación con por lo menos uno de entre el compuesto p-nitrobenciloxicarbonilo de Fórmula I, II, V, VI o VII, que es un profármaco para un agente antitumoral y preferentemente un ribósido o ribótido del ácido nicotínico o de nicotinamida, que actúa como cofactor para el enzima.
También se describe en la presente memoria un procedimiento de tratamiento de la neoplasia en un huésped humano o animal que requiere este tratamiento, que comprende administrar al huésped una cantidad efectiva de un compuesto p-nitrobenciloxicarbonilo de Fórmula I, II, V, VI o VII, que es un profármaco para un agente antitumoral, y el enzima de la presente invención, preferentemente conjugado con un agente de transporte, tal como un anticuerpo monoclonal que se une a un antígeno asociado a tumor, utilizando preferentemente el enzima en asociación con un ribótido o ribósido del ácido nicotínico o de la nicotinamida como cofactor para el enzima.
Los diversos sistemas para la utilización en el tratamiento de la neoplasia descritos anteriormente opcionalmente incluyen el "segundo componente" para la eliminación acelerada descrita anteriormente. De manera similar, los procedimientos de tratamiento de la neoplasia descritos anteriormente opcionalmente incluyen como parte de ese procedimiento, la utilización de un segundo componente, una cantidad efectiva del cual se administra después de la administración del enzima, con el fin de incrementar la proporción de enzima localizado a libremente circulante. Puede hacerse referencia a la patente WO nº 89/10140 para más detalles particulares del segundo componente, y estos detalles pueden incorporarse par ala utilización en la presente invención.
La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los Ejemplos siguientes.
Ejemplo 1 Aislamiento y purificación de un enzima nitrorreductasa de E. coli B
Se resuspendieron 200 gramos de pasta celular de E. coli B en un volumen total de 1 litro de tampón fosfato potásico 20 mM, pH 7, que contenía sulfato amónico 0,3 M. Las células se rompieron ultrasónicamente utilizando un desintegrador MSE Soniprep 150 (3 x 30 segundos a potencia máxima con intervalos de 60 segundos para permitir la disipación del calor). Para ayudar a clarificar el extracto, se añadió ADNasa (23.000 unidades de Kunitz/l) y ARNasa (2.400 unidades Kunitz/l) previamente a la centrifugación a 8.000 g durante 30 minutos para eliminar los residuos celulares. Se pasó el sobrenadante amarillento transparente a través de un filtro de 0,45 \mum previamente a la cromatografía.
El extracto filtrado se aplicó a una columna (25 x 5 cm) de fenil-sefarosa CL-6B (Pharmacia) en tampón fosfato potásico 20 mM, pH 7, que contenía sulfato amónico 0,3 M. Tras lavar con 2 volúmenes de columna de tampón de inicio, la columna se eluyó con tampón Tris-HCl 10 mM, pH 7,6. Se agruparon las fracciones activas y se dializaron durante 18 horas frente a Tris-HCl 20 mM, pH 7,6, para eliminar las trazas de sulfato amónico. Las fracciones dializadas se aplicaron en alícuotas de 50 ml a una columna Q-sefarosa de alto rendimiento en Tris-HCl 20 mM, pH 7,6 a un caudal de 4 ml por minuto. La elución se realizó con un gradiente de 0 a 0,2 M de KCl, eluyendo la nitrorreductasa entre 0,1 y 0,12 M de KCl. Se agruparon las fracciones activas y se desalaron en Bis-tris-propano 2 mM, pH 7, utilizando una columna (32 x 6 cm) de medio Sephadex G25. Estas fracciones se aplicaron a una columna de Q-sefarosa de alto rendimiento (columna Hi-Load 26/10, Pharmacia) equilibrada en Bis-Tris-propano 20 mM, pH 7. La elución se llevó a cabo con un gradiente de 0 a 0,1 M de KCl. La nitrorreductasa se eluyó como el primer pico importante, entre 0,07 y 0,09 M de KCl.
Se determinó la homogeneidad del producto final utilizando geles premoldeados de gradiente 8% a 25% para electroforesis en gel de poliacrilamida nativa (Pharmacia Phastsystem). La electroforesis se llevó a cabo durante 75 vh.
La nitrorreductasa en crudo y en fracciones parcialmente purificadas se sometió a ensayo rutinariamente a partir de su actividad de quinona reductasa utilizando menadiona como sustrato, NADH como cofactor y citocromo C como aceptor terminal de electrones.
Determinación del punto isoeléctrico
Se determinó el punto isoeléctrico de la nitrorreductasa mediante enfoque isoeléctrico (Pharmacia Phastsystem, enfoque durante 400 vh) y cromatoenfoque con una columna Mono P (Pharmacia Mono P HR5/20, Bis-Tris 20 mM, pH 6,3, y politampón 74, pH 4,0).
Se aisló nitrorreductasa de E. coli en forma de proteína pura con un peso molecular de 24 kDa (según determinación mediante electroforesis en gel de SDS-poliacrilamida y cromatografía por filtración en gel). Una segunda proteína, que presentaba actividad quinona reductasa pero que era inactiva como nitrorreductasa con CB 1954, coeluyó parcialmente de la fenil-sefarosa y pudo separarse completamente del enzima activo mediante etapa de cromatografía de intercambio iónico en Q-sefarosa de alto rendimiento (ver la Tabla 1) a pH 7,6. Los dos enzimas difieren en peso molecular (inactivo, 55 kDa; activo, 24 kDa) y en punto isoeléctrico (inactivo, 5,2; activo, 5,1). La proteína activa presenta una coloración amarillenta, sugiriendo la presencia de un coenzima flavina. Tras calentar a 70ºC durante 20 minutos, esta flavina pudo separarse del apoenzima mediante ultrafiltración y se demostró que era FMN, y no FAD, mediante HPLC.
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TABLA 1 Purificación de una nitrorreductasa de E. coli B. Se sometió a ensayo la actividad enzimática a 37ºC mediante su actividad de quinona reductasa utilizando menadiona (10 \muM) como sustrato, NADH (500 \muM) como cofactor y citocromo C (70 \muM) como aceptor terminal de electrones. Se definió una unidad como 1 \mumol de citocromo C reducido por minuto
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Se produjeron fragmentos adecuados para el análisis de secuencia mediante digestión del enzima con bromuro de cianógeno. Los péptidos que resultaron de estas digestiones se purificaron mediante HPLC en fase reversa utilizando una columna RP 300 (25 x 4,6 mm) (Brownlee) y un gradiente de solvente de 10% a 60% de acetonitrilo en agua con ácido trifluoroacético al 0,06% en cada solvente. Se llevó a cabo el análisis de secuencias mediante degradación de Edman automatizada utilizando un secuenciador de proteínas en fase gaseosa Applied Biosystems 470A (Kelvin Close, Warrington, U.K.).
Análisis de secuencias de aminoácidos de la nitrorreductasa
Se sometió la nitrorreductasa de E. coli tal como se ha aislado anteriormente a análisis de secuencia de aminoácidos. E contraste con el enzima aislado del tumor de Walker, EC.1.6.99.2, la nitrorreductasa de la presente invención no se bloqueó en el extremo N-terminal y proporcionó una clara secuencia N-terminal de 31 residuos aminoácidos y un péptido, generado mediante digestión con bromuro de cianógeno, de 41 residuos adicionales. Se proporcionan estas secuencias parciales en la Tabla 2.
TABLA 2 Secuencias de aminoácidos del extremo N-terminal de la nitrorreductasa de E. coli B y de un péptido obtenido tras la digestión de la nitrorreductasa con bromuro de cianógeno (en negrita) y una comparación con la secuencia proteica deducida de la nitrorreductasa de Salmonella typhimurium (Watanabe et al., 1990)
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Secuencia de nucleótidos del gen nitrorreductasa
El gen nitrorreductasa de E. coli ha sido clonado y su secuencia de nucleótidos determinada mediante análisis de secuencia dideoxi de ambas cadenas. En la Tabla 3 se muestra la secuencia de nucleótidos del fragmento NruI/Pst de 1.167 bases que contiene un marco de lectura abierta de 651 nucleótidos codificante de la nitrorreductasa. Se indican la secuencia putativa de Shine-Delgarno y la señal de terminación transcripcional.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 3
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Ejemplo 2
Reducción enzimática de CB 1954. Se incubaron CB 1954 (100 \mum y que también contenía [U-^{3}H] CB 1954 a 1,6 x 105 dpm por nmol), NADH o NAD(P)H (500 \muM) con el enzima activo obtenido tal como se ha descrito en el Ejemplo 1 (generalmente 2 \mug/ml de nitrorreductasa de E. coli o 35 \mug/ml de NAD(P)H deshidrogenasa de Walker (quinona) EC 1.6.99.2) en tampón fosfato sódico (pH 7) bajo aire o helio. En diversos tiempos, se inyectaron alícuotas (10 \mul) en una columna de HPLC Partisphere SCX (110 x 4,7 mm) y se eluyó isocráticamente (2 ml/min) con NaH_{2}PO_{4} 100 mM.
Se realizó el seguimiento continuo del eluído para la adsorción a 310, 260 y 360 nm y se registraron los espectros de los componentes eluídos utilizando un detector de matriz de diodos. Se recogieron muestras (0,5 ml) y se determinó la actividad de tritio de cada uno mediante contaje de centelleo líquido. Este sistema de separación pudo resolver todos los productos de reducción esperados.
Con el fin de confirmar adicionalmente la identidad de cualquiera de los productos de reducción, la mezcla de reducción anterior también se inyectó en una columna HPLC de fase reversa ODS-5 y se eluyó (1 ml/min) con un gradiente de metanol (lineal entre 0% y 30% a lo largo de 30 minutos, lineal entre 30% y 100% a lo largo de 10 minutos) en tampón fosfato sódico 0,1 M (pH 7).
La reducción de CB 1954 por la nitrorreductasa de E. coli resultó en la formación de dos productos, que se demostró que eran, por comparación de los tiempos de retención y las características espectrales con estándares conocidos, 5-(aziridín-1-il)-4-hidroxilamino-2-nitrobenzamida y 5-(aziridín-1-il)-2-hidroxilamino-4-nitrobenzamida. No se encontraron otros metabolitos de CB 1954. Como confirmación adicional de la formación de la 2-hidroxilamina y de la 4-hidroxilamina por la nitrorreductasa de la invención, se formaron 33 \muM de 4-hidroxilamina al resultar reducidas 67 \muM de CB 1954 por la nitrorreductasa. En contraste, se formaron 50 \muM de 4-hidroxilamina por la reducción de 50 \muM de CB 1954 por la NAD(P)H deshidrogenasa (quinona) de Walker. Basándose en las tasa iniciales de formación de 4-hidroxilamina, la nitrorreductasa es 31,2 veces más activa por mg de proteína que la NAD(P)H deshidrogenasa (quinona) (o 62 veces más activa que la reducción de CB 1954) bajo las condiciones estándares utilizadas.
La tasa de reducción de CB 1954 o de formación de producto era la misma cuando el cofactor era NAD(P)H o NADH y al llevar a cabo la reducción bajo helio.
Con el fin de mostrar que la nitrorreductasa producía una especie citotóxica, se llevó a cabo la reducción de CB 1954 en presencia de células V79, que son insensibles a CB 1954. Tal como se muestra en la Tabla 4, se observó un drástico efecto citotóxico en células V79 de hámster, pero sólo bajo aquellas condiciones en las que la nitrorreductasa reducía CB 1954.
TABLA 4 Efecto de CB 1954 sobre la supervivencia de las células V79 en presencia de la nitrorreductasa de E. coli. Todos los tratamientos fueron durante 2 horas a 37ºC y seguidamente las células se sembraron en placas para analizar la capacidad resultante de formación de colonias. La concentración de nitrorreductasa era de 2 \mug/ml y se utilizó NADH como cofactor
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Ejemplo 3 Especificidad de sustrato del enzima nitrorreductasa de E. coli
Se determinó la capacidad de la nitrorreductasa de E. coli de la invención de reducir compuestos nitro diferentes de CB 1954 mediante HPLC siguiendo la reducción del área de pico del NADH resultante de su oxidación. Los experimentos se llevaron a cabo tal como se ha indicado anteriormente, aunque las alícuotas se inyectaron en una columna de HPLC Partisphere SAX (110 x 4,7 mm) y se eluyeron isocráticamente (1 ml/min) con NaH_{2}PO_{4} 75 mM. Se muestran los resultados en la Tabla 5.
TABLA 5 Tasas relativas de reducción de diversas nitrobenzamidas y nitrobencenos con el enzima nitrorreductasa de E. coli. Las tasas de reducción se determinaron a partir de la oxidación resultante de NADH. Todas las reacciones se llevaron a cabo a 37ºC en aire, con NADH (500 \muM) como donador de electrones, con una concentración inicial de sustrato de 100 \muM
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Ejemplo 4 Estudios de cinética e inhibición enzimáticas
Se sometieron a ensayo actividades de quinona reductasa mediante un procedimiento espectrofotométrico utilizando menadiona como sustrato y citocromo c como aceptor terminal de electrones tal como se describe en Knox et al., Biochem. Pharmacol. 37:4671-4677, 1988. Se determinaron las tasas iniciales de reacción mediante análisis de regresión lineal (r>0,995) y se determinaron los parámetros cinéticos a partir de los gráficos resultantes tal como describen Roberts et al., Biochem. Pharmacol. 38:4137-4143, 1989. Se determinó la concentración de proteínas utilizando un ensayo convencional de proteínas (Bio-Rad) calibrado frente a la albúmina de suero bovino.
En la Tabla 6 se proporcionan los parámetros cinéticos para la nitrorreductasa de E. coli y la NAD(P)H deshidrogenasa (quinona) de Walker EC.1.6.99.2. Aunque ambos enzimas presentan K_{m}s comparables para CB 1954, la K_{m} de la nitrorreductasa para NADH es aproximadamente 10 veces inferior que la del enzima de Walker. Las tasas absolutas de reducción de CB 1954 (es decir, bajo condiciones saturantes) por los dos enzimas son sus valores de k_{cat} y ésta es 90 veces más elevada para la nitrorreductasa de E. coli. La menadiona también era un sustrato para ambos enzimas con poca diferencia en sus k_{cat}s respectivas, aunque la K_{m} de la nitrorreductasa para este sustrato era 60 veces más elevada.
El dicoumarol es un inhibidor de la nitrorreductasa. No pudo medirse ningún parámetro cinético con respecto al NADH. Con respecto a la menadiona, el dicoumarol era un inhibidor no competitivo con una K_{i}' de 1,90 \pm 0,38 \muM.
TABLA 6 Parámetros cinéticos para la nitrorreductasa de E. coli y la NAD(P)H deshidrogenasa (quinona) de Walker
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Ejemplo 5
La capacidad de la nitrorreductasa de E. coli B de activar compuestos diferentes de CB 1954 formando una especie citotóxica.
Tal como se muestra en la Tabla 7, se observó un gran efecto citotóxico en células MAWI humanas por parte de los profármacos CB 1837 y CB 10-107, aunque sólo bajo aquellas condiciones en las que el profármaco resultaba reducido por el enzima nitrorreductasa.
TABLA 7 Efecto de los profármacos activados por enzima sobre la supervivencia de las células MAWI. Se incubaron volúmenes de 1 ml de células MAWI (2 x 10^{5}/ml) con 50 \muM de profármaco, 500 \muM de NADH y 10 \mug/ml del enzima del Ejemplo 1. Tras una incubación de 2 horas a 37ºC, se recolectaron las células y se sometieron a ensayo para su capacidad de formación de colonias, y los sobrenadantes se sometieron a ensayo para la concentración de profármaco restante mediante HPLC
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Ejemplo 6 Preparación de ribósido de ácido 1,4-dihidro-nicotínico a partir de ribósido de ácido nicotínico o de ribótido de ácido nicotínico (i) Preparación de ribósido de ácido nicotínico a partir de ribótido de ácido nicotínico
Se trató una solución de ribótido de ácido nicotínico (mononucleótido ácido nicotínico) (Sigma, Poole, U.K.) (25 mg) en tampón acuoso (tris 100 mM; pH 8,5; MgCl_{2}; 2,5 ml) con 2.000 unidades de fosfatasa alcalina, tipo VII-S (100 \mul; 20.000 unidades/ml) (Sigma) a 37ºC durante 1 hora. La fosfatasa alcalina se separó del digerido mediante filtración molecular centrífuga (límite de peso molecular: 10.000; "Centricon 10"; Amicon, High Wycombe, U.K.). Se analizaron diluciones (1:100) de la solución tanto antes como después de la digestión con fosfatasa alcalina mediante cromatografía líquida de alto rendimiento de intercambio aniónico (columna Partisphere 5-SAX eluída isocráticamente con NaH_{2}PO_{4} 0,1 M, pH 5, 1,5 ml/min, volumen de inyección: 10 \mul, seguimiento mediante absorbancia de UV a 260 nm). El compuesto parental eluyó con un tiempo de retención de 1,18 minutos. El examen posterior a la digestión indicó que se había producido una conversión completa proporcionando el nuevo compuesto del título, eluyendo con un tiempo de retención de 0,63 minutos, considerado indicativo de desfosforilación, rindiendo el ribósido.
(ii) Reducción de ribósido de ácido nicotínico a ribósido de ácido 1,4-dihidro-nicotínico
Se adoptó el procedimiento de Jarman y Searle (1972). Se aplicó el procedimiento tanto al ribósido de ácido nicotínico tal como se había producido anteriormente, como al material sintetizado químicamente (Jarman 1969). Se obtuvieron resultados idénticos con un compuesto de partida de cualquiera de los dos orígenes.
Se añadieron 50 mg de carbonato sódico, 50 mg de bicarbonato sódico, y 50 mg de hidrosulfito sódico a una solución acuosa de ribósido de ácido nicotínico (5 ml; 4 mg/ml). La solución tapada se incubó a 37ºC durante 1 hora y el producto de reducción se separó mediante HPLC en fase reversa preparativa. Se inyectaron los 5 ml en una columna en fase reserva microsorb 5 \mum C18 (10 x 250 mm) (Rainin) y se eluyeron en un gradiente de metanol en agua (0% a 100% a lo largo de 30 minutos) tamponado a pH 5 con KH_{4}CH_{3}COO 10 mM a 4 ml/min. Se realizó un seguimiento continuo del eluído mediante absorbancia de UV y mediante fluorescencia y el producto de reducción (cromatografía con resolución de línea base a un tiempo de retención de 12-13 minutos) se caracterizó tanto por su máximo de absorbancia a 326 nm (a pH 5; 340 nm a pH 7) como por su fluorescencia (fluorómetro Gilson 121 con filtros de vidrio de banda amplia; excitación centrada en 350 nm; emisión a 450 nm), propiedades que no mostraba el compuesto parental. Los eluídos de 4 ml de una solución 2 mM (suponiendo una \varepsilon_{340} de 6200 (es decir, igual a la del NADH) eran típicos, indicando un rendimiento de 2,7 mg, es decir, de aproximadamente el 13%. Previamente al uso experimental, las preparaciones se analizaron mediante HPLC analítica y se confirmó que eran esencialmente puras.
Referencias
(i) M. Jarman y F. Searle, Potential Coenzyme Inhibitors-V, Biochem. Pharmacol. vol. 21, páginas 455-464, 1972.
(ii) M. Jarman, 4-Substituted Nicotinic acids and Nicotinamides. Part III. Preparation of 4-Methylnicotinic acid Riboside. J. Chem. Soc. (C), 918-920, 1969.
Ejemplo 7 Capacidad del ribósido de ácido 1,4-dihidro-nicotínico de actuar como cofactor para la nitrorreductasa de E. coli
Se muestra en la figura 1 la capacidad del enzima nitrorreductasa de utilizar un cofactor sintético en lugar de NADH o de NADPH para la reducción de CB 1954. El enzima nitrorreductasa puede utilizar tanto ribósido de ácido 1,4-dihidro-nicotínico como NADH con igual eficiencia como cofactores para la reducción de CB 1954. En contraste, la DT diaforasa de Walker no puede utilizar este cofactor sintético. Por lo tanto, el ribósido de ácido 1,4-dihidro-nicotínico es un cofactor selectivo para el enzima nitrorreductasa de E. coli y no puede ser utilizado por la DT diaforasa de mamífero.
En los Ejemplos 8 a 12 siguientes, "gel de sílice" se refiere a gel de sílice Merck 60, malla 70 a 230 y se obtuvieron espectros de RMN Proton a 300 MHz en CDCl_{3}. Las temperaturas se indican en ºC.
Ejemplo 8 4'-nitrobencil éster del ácido 4-[bis(2-cloroetil)amino]fenilcarbámico
A una solución agitada de cloroformato de 4-nitrobencilo (295 mg) en CHCl_{3} seco (5 ml), se añadió a lo largo de 5 minutos una solución de hidrocloruro de 4-[bis(2-cloroetil)amino]anilina (367 mg y NEt_{3} (377 \mul) en CHCl_{3} seco (5 ml). Tras 1 hora, la solución se mantuvo a 20ºC durante 18 horas, y después se evaporó. El residuo se cromatografió en una columna de gel de sílice con CHCl_{3}, proporcionando el producto del título en forma de sólido amarillo que recristalizó a partir de benceno/éter de petróleo en forma prismática, p.f.: 111ºC a 112ºC. Rendimiento: 361 mg (64%). Espectro de masas de ionización química con CH_{4}: ión a m/z 412 (M+1, intensidad relativa 1,00) indica M=411. C_{18}H_{19}N_{2}O_{4}Cl_{2} requiere M=411 (para el isótopo Cl^{35}). RMN: \delta3,57 (m, 4H, CH_{2}Cl o CH_{2}N), 3,69 (M, 4H, CH_{2}Cl o CH_{2}N), 5,28 (s, 2H, ArCH_{2}), 6,65 (d, 4H, ArH), 7,51 (d, 2H, ArH) y 8,23 (d, 2H, ArH).
Ejemplo 9 4'-nitrobencil carbonato de 4-[bis(2-cloroetil)amino]fenilo
Se añadió una solución de cloroformato de 4-nitrobencilo (58 mg) en CHCl_{3} seco (1,5 ml) a una solución helada agitada de hidrocloruro de 4-[bis(2-cloroetil)amino]fenil (72 mg) y NEt_{3} (74 \mul) en CHCl_{3} seco (2 ml). Tras 18 horas a 21ºC, la solución se evaporó y el residuo se cromatografió en una columna de gel de sílice con CHCl_{3}/éter de petróleo (3:2), proporcionando el compuesto del título, que cristalizó a partir de EtOAc/éter de petróleo en forma de prismas de color amarillo pálido, p.f.: 77ºC a 79ºC (rendimiento: 102 mg). EM FAB: ion en m/z 413 indica M=412 (C_{18}H_{18}N_{2}O_{5}Cl_{2} requiere M=412). RMN (CDCl_{3}): \delta 3,62 (m, NCH_{2} o ClCH_{2}), 3,69 (m, NCH_{2} o ClCH_{2}), 5,33 (s, ArCH_{2}), 6,64 (d, ArH), 7,05 (d, ArH), 7,59 (d, ArH) y 8,25 (d, ArH).
Ejemplo 10 N-4-nitrobenciloxicarbonil-actinomicina D:
Se hidrogenó sobre 10% de Pd/C durante 2 horas actinomicina D (AMD, 41 mg) en MeOH (5 ml), después se evaporó en el vacío. El residuo bajo N_{2} se disolvió en una solución de cloroformato de 4-nitrobencilo (18 mg) en CHCl_{3} seco (1,5 ml) y después se añadió una solución de NEt_{3} (10 \mul) en CHCl_{3} (1,5 ml). Tras agitar bajo N_{2} durante 2 horas, se separó el catalizador mediante filtración y la solución, tras diluir con MeOH (200 ml), se aireó durante 3 días. La solución se evaporó y el producto se purificó para eliminar el AMD mediante HPLC semipreparativa dos veces en una columna de 1 cm de diámetro de sílice unido a C18 en fase reversa con un gradiente de 50% a 100% de MeCN en H_{2}O. El compuesto del título se cristalizó a partir de acetato de etilo/éter de petróleo en forma de prismas rojos. Rendimiento: 31 mg (66%). Espectro de masas de electropulverización: iones a m/z 1434,5 (M+H) y 1456,4 (M+Na) indica M=1433,5. C_{70}H_{91}N_{13}O_{20} (isótopo de menor masa) requiere M=1433,65. La RMN proporcionó las mismas señales que AMD más 66,71 (d, 1H, ArCH_{2}), 7,09 (d, 1H, ArCH_{2}) y señales adicionales en la región aromática.
Ejemplo 11 N-4-nitrobenciloxicarbonil-doxorubicina VI
Se disolvió hidrocloruro de doxorubicina (2,25 mg) en dimetilformamida (DMF) (0,3 ml) que contenía trietilamina (NEt_{3}) (0,55 \mul) y se añadió una solución de 4-nitrobencil-4'-nitrofenilcarbonato (1,4 ml) en DMF (0,1 ml). Tras agitar en la oscuridad durante 3 días, la mezcla se separó mediante HPLC en una columna (diámetro de 1 cm) de sílice C18 en fase reversa con un gradiente de 25% a 100% de MeCN en tampón formato 0,01 M (pH 4,0). La fracción roja principal se concentró y se recromatografió con H_{2}O en lugar de tampón formato. La evaporación en el vacío proporcionó el producto (2,1 mg)en forma de polvos rojos amorfos. EM por electropulverización: ión en 723 (M+H) indica M=722. C_{35}H_{34}N_{2}O_{15} requiere M=722.
Ejemplo 12 N-4-nitrobenciloxicarbonil-mitomicina C
Se añadió una solución de mitomicina C (36 mg) en dimetil formamida (DMF) (2 ml) que contenía NEt_{3} (14 \mul) a cloroformato de 4-nitrobencilo (30 mg) y la mezcla se agitó a 21ºC durante 4 horas. Tras la evaporación en el vacío, el residuo se cromatografió en una columna de gel de sílice con EtOAc, proporcionando el compuesto del título en forma de sólido rojo oscuro (49 mg). EM por electropulverización: ión en 514 (M+H) indica M=513. C_{23}H_{23}N_{5}O_{9} requiere M=513.
Ejemplo 13 Formación de actinomicina D mediante la acción de la nitrorreductasa sobre el profármaco V
Se incubaron V (100 \muM) y cofactor (NADH 500 \muM) con enzima (2 \mug/ml de nitrorreductasa de E. coli del Ejemplo 1 en tampón fosfato sódico 10 mM (pH 7) en aire a 37ºC. En diversos tiempos, se inyectaron alícuotas (20 \mul) en una columna de HPLC Microsorb C18 en fase reversa (240 x 4,7 mm) y se eluyeron isocráticamente (1 ml/min) con 80% de acetonitrilo en agua. Se realizó un seguimiento continuo del eluído para la absorción a 280 nm y se calculó la concentración de fármaco mediante integración del pico correspondiente a este compuesto en el diagrama de HPLC. Sólo cuando se encontraba presente el enzima se liberaba la actinomicina D del profármaco.
Se muestra en la figura 2 la desaparición del profármaco N-4-nitro-benciloxicarbonil-actinomicina D (V) y la formación de actinomicina D durante la incubación con nitrorreductasa de E. coli B del Ejemplo 1.
Ejemplo 14 Formación de mitomicina C mediante la acción del enzima nitrorreductasa sobre el profármaco VII
Se incubaron el profármaco VII (100 \muM) y cofactor (NADH 500 \muM) con enzima (5 \mug/ml de nitrorreductasa de E. coli B del Ejemplo 1) en tampón fosfato sódico 10 mM (pH 7) en aire a 37ºC. En diversos tiempos, se inyectaron alícuotas (10 \mul) en una columna de HPLC Partisphere C18 en fase reversa (150x4,7 mm) y se eluyeron isocráticamente (2,0 ml/min) con 50% de metanol en agua. Se realizó un seguimiento continuo del eluído para la absorción a 260 nm y a 340 nm y se calculó la concentración de los fármacos mediante integración del pico correspondiente al compuesto en el diagrama de HPLC.
En la figura 3 se muestra la desaparición del profármaco II y la formación de mitomicina C durante esta incubación. Sólo en presencia del enzima se liberó la mitomicina C del profármaco.
Ejemplo 15 Activación del profármaco I donde R^{1}NH_{2}=III y del profármaco V por la nitrorreductasa
Se muestran en la Tabla 8 la generación de citotoxicidad por la acción de la nitrorreductasa de E. coli del Ejemplo 1 sobre los profármacos 4'-nitrobencil éster del ácido 4-[bis(2-cloroetil)amino]fenilcarbámico (I donde R^{1}NH_{2}=III) y N-4-nitrobenciloxi-carbonil-actinomicina D (V).
TABLA 8 Efecto de profármacos activados por enzima sobre la supervivencia de células V79. Se incubaron volúmenes de 1 ml de células V79 (2 x 10^{5}/ml) con profármaco, NADH 500 \muM y 10 \mug/ml de enzima. Tras una incubación de 2 horas a 37ºC, las células se recolectaron y se sometieron a ensayo para su capacidad de formación de colonias, y el sobrenadante se sometió a ensayo para la concentración de profármaco restante mediante HPLC
20
Ejemplo 16 Preparación y unión de conjugado de anticuerpo:enzima
Se preparó el conjugado anticuerpo:enzima de F(ab)_{2} A5B7:nitrorreductasa utilizando los agentes heterobifuncionales succinimidil 4-(p-maleimidofenil)butirato (SMPB) para insertar grupos maleimido activos en la inmunoglobulina, y 2-mercapto-[S-acetil]ácido acético N-hidroxisuccinimida (SATA) para tiolar la nitrorreductasa de E. coli. Al mezclar las proteínas, los grupos maleimida reaccionan con tioles formando un enlace tioéter. La proporción molar de SMPB:inmunoglobulina utilizada era de 10:1 y la proporción molar de SATA:nitrorreductasa era de 4:1. De esta manera, se preparó conjugado anticuerpo:enzima a partir de conjugados de elevado peso molecular y componentes no acoplados mediante cromatografía por filtración en gel utilizando una columna calibrada (16 x 700 mm) de Superdex G200. La columna se equilibró en solución salina tamponada con fosfato (PBS) y se eluyó con el mismo tampón a un caudal de 1,0 ml/min. Las fracciones que contenían material correspondiente a conjugado de peso molecular comprendido entre 2:1 y 1:1 (316 kDa y 233 kDa, respectivamente) se agruparon y se recromatografiaron en la misma columna y las muestras procedentes de fracciones agrupadas se corrieron en geles SDS-PAGE 4-15% (Pharmacia Phastgels, corridos durante 60 vh) bajo condiciones no reductoras junto con proteínas de calibración. El conjugado se encontraba presente como material con M_{r} de 125 kDa (correspondiente a 1:1 F(ab')_{2}:nitrorreductasa y conjugados de peso molecular más elevado junto con cantidades menores de F(ab')_{2} libre y nitrorreductasa.
Se estableció la actividad enzimática del conjugado mediante ensayo rutinario utilizando CB 1954 como sustrato. Se demostró que el conjugado se unía a placas recubiertas con 1 \mug/ml de antígeno CEA y que contenía sitios de unión tanto para inmunoglobulina de conejo antirratón y anticuerpos secundarios de conejo anti-nitrorreductasa (figura 4). Se utilizaron muestras de F(ab')2 no acoplada y de nitrorreductasa para confirmar la especificidad de la unión del anticuerpo secundario.
Se determinó la unión del anticuerpo utilizando un ensayo ELISA colorimétrico estándar con peroxidasa de rábano picante, leyendo los resultados a 405 nm. Los triángulos invertidos abiertos en la figura 4 muestran que el conjugado F(ab')_{2} A5B7-nitrorreductasa unido puede detectarse con un anticuerpo inmunoglobulina de cabra antiratón, y los triángulos invertidos cerrados muestran que el conjugado también se detecta con un anticuerpo anti-NR de conejo (detectando el anticuerpo anti-NR mediante la utilización de un anticuerpo inmunoglobulina de cabra anticonejo). Los controles mostrados en la figura 4 son: círculos cerrados=unión de F(ab')_{2} A5B7 no conjugado; cuadrados abiertos=conjugado F(ab')_{2} A5B7-NR detectado con inmunoglobulina de cabra anticonejo; cuadrados cerrados=NR detectada únicamente con anti-NR de conejo; triángulos abiertos=NR detectada únicamente con inmunoglobulina de cabra antiratón.
Ejemplo 17 Toxicidad in vivo de profármaco
Se sometió a ensayo para toxicidad en ratones el profármaco de la actinomicina D (AMPDP) de fórmula V. Se administró a grupos de 3 ratones 1, 10 ó 100 mg/kg de peso corporal i.p. de AMPD, y dos grupos más de 3 ratones recibieron 1 y 10 mg/kg de peso corporal i.p. de actinomicina D (ADM) disuelto en aceite de araquis. Un grupo adicional de 3 ratones se dejaron sin tratar, y un grupo final de 3 ratones recibieron aceite de araquis i.p. únicamente.
Se realizó un seguimiento del peso corporal de los ratones a lo largo de 9 días. Se muestran los resultados en la Tabla 9. Todos los ratones tratados con 10 mg/kg de AMD se encontraban muertos el día 1. Se obtuvo un resultado similar con una dosis de 5 mg/kg. Estos datos indican que AMPDPF es por lo menos 20 a 100 veces menos tóxico que AMD. En la práctica, la toxicidad de AMDPD es probablemente incluso más baja, debido a que la preparación de AMDPD utilizada contiene aproximadamente 1% de AMD no convertido.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 9 Toxicidad de AMD y de AMDPD
21
(1) INFORMACIÓN GENERAL:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
SOLICITANTE:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE: Cancer Research Campaign Technology Limited
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
DIRECCIÓN: Cambridge House, 6-10 Cambridge Terrace Regent's Park
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
CIUDAD: LONDRES, GB
\vskip0.500000\baselineskip
(F)
CÓDIGO POSTAL: NW1 4JL
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TÍTULO DE LA INVENCIÓN: Mejoras referentes a sistemas de administración de fármacos
\vskip0.800000\baselineskip
(iii)
NÚMERO DE SECUENCIAS: 2
\vskip0.800000\baselineskip
(iv)
FORMA LEGIBLE POR ORDENADOR:\vspace{9pt}
\hspace{44pt}No aplicable
\vskip0.800000\baselineskip
(v)
DATOS ACTUALES DE LA SOLICITUD:
\vskip0.800000\baselineskip
NÚMERO DE SOLICITUD: PCT/GB92/...
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN DE LA SEC ID nº 1:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 1.167 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
CADENA: doble
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
(vi)
FUENTE ORIGINAL:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
ORGANISMO: Escherichia coli
\vskip0.800000\baselineskip
(ix)
CARACTERÍSTICAS:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE/CLAVE: CDS
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
LOCALIZACIÓN: 176.829
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID nº 1:
22
23
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN DE LA SEC ID nº 2:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 217 aminoácidos
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: aminoácido
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: proteína
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID nº 2:
24

Claims (26)

1. Sistema para la utilización en quimioterapia que comprende dos constituyentes:
(i) una nitrorreductasa, obtenible de una bacteria y que presenta las características siguientes:
1:
es una flavoproteína con un peso molecular comprendido en el intervalo entre 20 y 60 kilodaltons;
2:
requiere NADH o NAD(P)H o análogos de los mismos como cofactor;
3:
presenta una Km para NADH o NAD(P)H comprendido en el intervalo entre 1 y 100 \muM; y,
4:
es capaz de reducir cualquiera o ambos grupos nitro de CB-1954 y análogos del mismo a una forma citotóxica; y,
(ii) un compuesto seleccionado de entre:
(a)
compuestos de fórmula (I):
25
en la que R^{1} se selecciona de manera que el compuesto R^{1}NH_{2} es un compuesto citotóxico;
(b)
compuestos de fórmula (II):
26
en la que R^{2} se selecciona de manera que el compuesto R^{2}OH es un compuesto citotóxico;
(c)
un compuesto de fórmula (V):
27
\newpage
(d)
un compuesto de fórmula (VI):
28
(e)
un compuesto de fórmula (VII):
29
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que la nitrorreductasa puede obtenerse de las células de E. coli B.
3. Sistema según la reivindicación 1, en el que la nitrorreductasa presenta la secuencia de aminoácidos de la Sec. ID nº 2.
4. Sistema según la reivindicación 1, en el que el compuesto se selecciona de entre los compuestos de fórmula (I).
5. Sistema según la reivindicación 4, en el que R^{1} se selecciona de manera que el compuesto R^{1}NH_{2} es un compuesto de mostaza nitrogenada.
6. Sistema según la reivindicación 5, en el que R^{1} se selecciona de manera que el compuesto R^{1}NH_{2} es un compuesto de mostaza nitrogenada de fórmula (IV):
30
en la que R' y R'' son H, F o CH_{3}.
7. Sistema según la reivindicación 6, en el que R^{1} se selecciona de manera que el compuesto R^{1}NH_{2} es un compuesto de mostaza nitrogenada de fórmula (III):
31
8. Sistema según la reivindicación 1, en el que el compuesto se selecciona de entre los compuestos de fórmula (V), (VI) y (VII).
9. Sistema según la reivindicación 1, en el que el compuesto se selecciona de entre los compuestos de fórmula (II).
10. Sistema según la reivindicación 9, en el que R^{2} se selecciona de manera que el compuesto R^{2}OH es un compuesto de mostaza nitrogenada fenólica.
\newpage
11. Sistema según la reivindicación 10, en el que el compuesto es de fórmula (VIII):
32
12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto se asocia a un portador o diluyente farmacéuticamente aceptable.
13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la nitrorreductasa se conjuga con un agente de transporte para un tumor.
14. Sistema según la reivindicación 13, en el que el agente de transporte es un anticuerpo monoclonal que se unirá a un antígeno asociado a tumor.
15. Sistema según la reivindicación 13, en el que la nitrorreductasa se encuentra unida covalentemente al agente de transporte.
16. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además un ribósido del ácido 1,4-dihidro-nicotínico, opcionalmente asociado con un portador o diluyente farmacéuticamente aceptable.
17. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para la utilización en un procedimiento de tratamiento del cuerpo humano o animal.
18. Compuesto de fórmula (I):
320
en la que R^{1} se selecciona de manera que el compuesto R^{1}NH_{2} es un compuesto de mostaza nitrogenada de fórmula (IV):
321
en la que R' y R'' son H, F o CH_{3}.
19. Compuesto según la reivindicación 18, en el que R^{1} se selecciona de manera que el compuesto R^{1}NH_{2} es un compuesto de mostaza nitrogenada de fórmula (III):
322
20. Compuesto de fórmula (V), (VI) o (VII):
33
34
35
21. Compuesto de fórmula (II):
36
en la que R^{2} se selecciona de manera que el compuesto R^{2}OH es un compuesto de mostaza nitrogenada fenólica.
22. Compuesto según la reivindicación 21, de fórmula (VIII):
37
23. Nitrorreductasa con la secuencia de aminoácidos de SEC ID nº 2.
24. Procedimiento para la preparación de un compuesto de fórmula (I) según la reivindicación 18, que comprende hacer reaccionar una mostaza nitrogenada de fórmula (IV) según la reivindicación 18, con cloroformato de 4-nitrobencilo bajo condiciones anhidras.
25. Procedimiento para la preparación de un compuesto de fórmula (V), (VI) o (VII) según la reivindicación 20, que comprende hacer reaccionar actinomicina D, doxorubicina, o mitomicina C, respectivamente, con cloroformato de 4-nitrobencilo bajo condiciones anhidras.
26. Procedimiento para la preparación de un compuesto de fórmula (II) según la reivindicación 21, que comprende hacer reaccionar una mostaza nitrogenada fenólica con cloroformato de 4-nitrobencilo bajo condiciones anhidras.
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