Zmodyfikowane dendrymery PAMAM jako skuteczne systemy transportu leków przeciwnowotworowych

Nowotwory złośliwe stanowią grupę chorób o zróżnicowanej etiologii, przebiegu oraz rokowaniu. Stanowią one jedną z wiodących przyczyn zgonów w krajach rozwiniętych. Dodatkowo nowotwory złośliwe w zaawansowanych stadiach są źródłem uporczywych dla pacjentów onkologicznych objawów, które w znaczącym stopniu przyczyniają się do ograniczenia ich aktywności społecznej oraz pogorszenia jakości życia. Z uwagi na różnorodność mechanizmów leżących u podstaw rozwoju nowotworów, przebieg choroby jest często nieprzewidywalny a rezultaty leczenia niesatysfakcjonujące. W dodatku dostępne formy leczenia często niosą ze sobą szereg działań niepożądanych, które wywierają negatywny wpływ na zdrowie oraz samopoczucie pacjenta. Uciążliwe skutki uboczne mogą istotnie wpływać na ograniczenie skuteczności terapii. Wychodząc naprzeciw wyzwaniom terapii nowotworów złośliwych opracowywane są nowoczesne metody terapii, których głównym założeniem jest personalizacja leczenia. Istotą tej koncepcji jest dopasowanie aktywności leku do specyfiki molekularnej danego nowotworu. Można to osiągnąć m.in. poprzez wprowadzanie do leczenia substancji selektywnie hamujących zdefiniowane ścieżki przekazywania sygnału zaangażowane w rozwój nowotworu, łączenie leków z przeciwciałami skierowanymi przeciw specyficznym dla nowotworu antygenom oraz wykorzystaniu nanocząsteczkowych systemów transportu leków. Systemy te mogą być dodatkowo modyfikowane przez przyłączanie do nich ligandów dla receptorów ulegających nadeskpresji w komórkach nowotworów oraz poprzez przyłączanie do nich leków przeciwnowotworowych wiązaniami wrażliwymi na działanie pH. Strategia taka może dodatkowo poprawić selektywność leczenia przyczyniając się do wzrostu jego efektywności przy jednoczesnym ograniczeniu działań niepożądanych. Celem publikacji wchodzących w przedłożony cykl było zastosowanie dendrymerów poliamidoaminowych (PAMAM) różnych generacji jako systemów transportu leków przeciwnowotworowych oraz kombinacji zawierających kilka leków o różnym mechanizmie działania. Dendrymery były modyfikowane poprzez zablokowanie powierzchniowych grup aminowych przez alkohole polihydroksylowe oraz biotynę. Założeniem była poprawa rozpuszczalności oraz selektywności wnikania nośników wraz z lekami do komórek nowotworowych. Leki do dendrymerów przyłączano kowalencyjnie poprzez wykorzystanie różnych ścieżek syntezy, które zostały opisane w dalszej części. W jednej z publikacji do otrzymania koniugatów zastosowano innowacyjną ścieżkę 62 syntezy pozwalającą na przyłączanie fosforanów leków do PAMAM wiązaniem fosforoamidowym, tak aby uwalnianie leków było zależne od niskiego pH. Otrzymane koniugaty leków/kombinacji leków ze zmodyfikowanymi PAMAM były następnie badane na modelach komórkowych celem określenia ich aktywności biologicznej. W badaniach tych wykazano, że dendrymery zmodyfikowane przez przyłączenie polioli i/lub biotyny przyczyniają się do wzmocnienia aktywności przeciwnowotworowej przyłączonych do nich leków. Wykazano także, że kombinacje wielolekowe mogą wykazywać addycję aktywności przeciwnowotworowej. Dodatkowo odkryto, że stosowanie mieszaniny koniugatów jednolekowych zawierających różne leki może w określonym stosunku stechiometrycznym wykazywać istotną selektywność efektu względem komórek nowotworu. Wykazano również, że nowa strategia syntezy koniugatów z wykorzystaniem wiązania fosforoamidowego pozwala otrzymać związki wykazujące stałość składu w środowisku wodnym, z których uwalnianie leków zależne jest od niskiego pH. Wyniki otrzymane w cyklu publikacji mogą stanowić podstawę dla opracowania nowych terapeutyków wykazujących dużą aktywność przeciwnowotworową przy jednocześnie wyższej selektywności.

Cancers are a group of diseases which have diverse etiology, course and prognosis. They are one of the leading causes of death in developed countries. In addition cancer progression is the source of burdensome symptoms for oncologic patients resulting in significant decrease of quality of their life. Considering the plethora of molecular mechanisms leading to cancer development the course of the disease is often difficult to predict and outcomes of treatment are disappointing. Moreover, a dozen of available forms of cancer treatment are associated with significant adverse effects on patients health and general condition. Another important aspect is the limitation of therapy efficacy caused by the side effects. To overcome the crucial limitations of cancer treatment a novel methods of therapy are developed. The main concept of modern forms of treatment is the personalization of therapeutic strategies. The point of such solution is to match the drug of specific mechanism of action to the adequate phenotype of cancer. Mentioned personalization could be acquired by utilizing drugs selectively affecting the molecular pathways crucial for cancer development, drug conjugation with antibodies specific to cancer antigens or by nanoparticle based drug delivery (drug delivery systems – DDS). DDS could be further modified by addition of ligands for specific receptors or transporters overexpressed by cancer cells to obtain enhanced drug activity with simultaneous higher selectivity. Another tested solution to achieve mentioned properties is utilization of pH cleavable bonds for drugs conjugation to DDS. The aim of articles from the presented series of publications was to utilize modified PAMAM (polyamidoamine) dendrimers as the carriers for anticancer one – drug or multi – drug combinations consisted of drugs of different mechanisms of action. Dendrimers were modified by functionalization of terminal amide groups with polyhydroxyl alcohols and/or biotin. The rationale of such modifications was to increase water solubility of dendrimer – drug conjugates and also to obtain higher selectivity of conjugates uptake by cancer cells. Drugs were covalently attached to dendrimers as a result of different pathways of syntheses which are described in the main part of the text. In one of the articles the novel path of conjugation by pH cleavable phosphoroamide bond was presented. Obtained conjugates were tested on cellular models (in vitro) to determine their biological activity. The results of biological tests indicate that dendrimers functionalized by polyhydroxyl substituents and/or biotin (as DDS) contributed to enhancement of anticancer effect of the conjugated drugs and drugs combinations. It was also proved that 64 conjugation of two drugs of different mechanisms of action to such modified PAMAM lead to addition in their anticancer activity. Moreover, it was shown that the mixture of one drug conjugates (each with different drug) at specific stoichiometry provided selectivity in inhibition of cancer cells proliferation (metabolic activity). Finally the novel strategy of conjugation using phosphoroamide bond was proved as a tool for obtainment of conjugates which composition is stable in neutral pH while drug release (from conjugates) is induced by acidic environment. The results obtained in the series of presented articles could provide novel useful solutions for development of efficient and selective therapeutics for cancer treatment.