Taxol Che cos’è il tassolo? • Il tassolo è un prodotto naturale isolato dalla corteccia del Taxus brevifolia • Noto anche con il nome commerciale di Paclitex® rappresenta uno degli agenti antitumorali più importanti per il trattamento del cancro avanzato alle ovaie, al seno, ai polmoni e per il sarcoma di Kaposi. La Risorsa naturale • Il Taxus brevifolia, noto come Tasso del pacifico è un albero originario delle regioni nord-occidentali dell’America Taxus brevifolia La risorsa naturale Aspetti botanici • • • • • Famiglia : Taxaceae; Genere: Taxus ; Specie: Taxus brevifolia Caratteristiche generali: conifera sempre verde, a crescita lenta, raggiunge i 10 m di altezza Corteccia : liscia di colore bruno-rossastro, si squama in età avanzata; Foglie: aghiformi Frutto: di colore rosso , ha un solo seme racchiuso dentro un arillo carnoso Le foglie, la corteccia e il seme, ma no l’arillo carnoso, contengono una miscela di alcaloidi e diterpeni, estremamente tossici Una prospettiva storica • La sua natura velenosa viene riportata in molte culture: Già nel IV secolo a.C., Teofrasto ci parla del carattere estremamente velenoso della pianta le cui foglie, notava, sono letali per gli equini Plinio il Vecchio documentava la pericolosità nel dormire o mangiare nei pressi dell’albero, oppure bere vino di botti costruite con il legno di tasso. • Essa però non è l’unica caratteristica, di quest’albero : Dotato di un legno flessibile e resistente, il tasso è stato prescelto , per la fabbricazione di archi, frecce e lance Il taxus brevifolia, è stato ampiamente utilizzato per la costruzione di strutture come case e recinzioni a causa della sua forza e resistenza al marciume. L ‘ importanza di quest’albero crebbe in seguito alla scoperta del tassolo Storia del tassolo • 1958 LA SCOPERTA Il National Cancer Institute (NCI) avvia un programma per esaminare 35.000 specie botaniche allo scopo di trovare un principio attivo contro le cellule cancerose, uno dei campioni era la corteccia del Taxus brevifolia • 1963 LA CONFERMA I ricercatori Monroe Wall e M.C. Wani del Research Triangle Institute in North Carolina scoprono che l’estratto è in grado di rallentare la crescita tumorale nei topi. • 1971 PRINCIPIO ISOLATO Gli stessi scienziati identificano il composto 17 come principio attivo, battezzato successivamente con il nome di Taxol Monroe Wall e M.C. Wani Storia del tassolo [2] • 1979: SCOPERTO IL MECCANISMO D’AZIONE Interrompe la divisione cellulare, bloccando in tal modo la proliferazione delle cellule tumorali. Il taxol interferisce con la funzione dei MICROTUBULI, strutture proteiche responsabili della separazione dei cromosomi replicati, bloccando la divisione cellulare e inducendo la morte cellulare Storia del tassolo[3] Meccanismo d’azione del tassolo In che modo? Si lega alla Tubulina, impedendo la depolimerizzazione dei microtubuli Storia del tassolo [3] • 1983 VIA AGLI STUDI CLINICI Il National Cancer Institute avvia studi clinici per valutare l’impiego del taxolo contro numerosi tipi di tumore. • 1992 AUTORIZZAZIONE La Food and Drug Administration (FDA) autorizza negli Usa l’impiego del taxolo per il trattamento del tumore avanzato dell’ovaio recidivato I primi ostacoli • Durante gli studi sperimentali il tassolo è stato definito come il “ più promettente farmaco antitumorale” ma le difficoltà legate alla produzione commerciale del tassolo hanno limitato la sua diffusione iniziale I primi ostacoli LA FORNITURA Prima della scoperta del tassolo, gli alberi vennero considerati “spazzatura” piante infestanti per tanto furono eliminati per far posto a nuovi impianti APPROVVIGGIONAMENTO DEL PRINCIPIO ATTIVO L’estrazione del tassolo , richiede enorme quantità di corteccia per produrre una quantità relativamente piccola di taxol In uno dei primi studi clinici di questo farmaco, sono stati sacrificati ben 38.000 alberi di Taxus brevifolia, per ottenere solo 25 Kg di Taxol. Sufficiente per trattare 12.000 pazienti (che è più di tre alberi per persona) CONSEGUENZE ? • Costi elevati (200.000 $, 300.000 $ al kg) • Rischio di estinzione: la decorticazione uccide l’albero , minacciando seriamente la specie, che ricordiamo essere in via d’estinzione; non solo causerebbe irreparabili danni ad altri membri di questi fragili ecosistemi in via di estinzione, tra cui il gufo Northern Spotted E’ EVIDENTE LA NECESSITA DI RICERCARE UNA VIA ALTERNATIVA Dal punto di vista chimico • Il tassolo è un diterpene Entrambe le vie metaboliche conducono alla sintesi dell’ISOPENTENILPIROFOSFATO (IPP) che rappresenta l’unità basilare per la sintesi di tutti i terpeni Taxol biosynthetic pathway Hezari and Croteau, 1997 Taxol Supply :total-synthesis • 1994 : Due gruppi di ricerca sono stati in grado di raggiungere la sintesi totale da semplici materiali di partenza (Holton et al 1994 ; Nicolaou et al 1994) • Sebbene il successo della sintesi chimica del Tassolo è una grande conquista per la comunità scientifica ( vista la complessità della struttura molecolare),non è una valido approccio per la produzione commerciale del farmaco in quanto: • 1. La sintesi richiede 20 steps • 2. Rese basse Taxol supply: semi-synthesis • Nel 1981 dal Taxus baccata , è stata isolata una sostanza simile al tassolo ma di struttura più semplice. E’ la 10-deacetilbaccatina, e ha 2 grossi vantaggi: 1. E’ presente in concentrazioni elevati 2. Si trova negli aghi, e non nella corteccia Metodo di estrazione • Estrazione In CO2 Supercritica •I fluidi supercritici si ottengono da liquidi o gas poste in determinate condizioni di pressioni e temperature critiche; •La sostanza acquista simultaneamente caratteristiche tipiche dei liquidi e dei gas Vantaggi: maggiore capacità di penetrazione tempo di estrazione breve CO2 supercritica - Solubilizza composti scarsamente solubili in acqua - Poco costosa -Inodore, non tossico, non contamina prodotti ed ambiente - Temperature di lavoro vicine a quelle ambientali -Semplice recupero del solvente diagramma di fase del biossido di carbonio Taxol supply: semi-synthesis [2] • La 10-deacetilbaccatina, non è farmacologicamente attiva: e necessario trasformarla in Tassolo. • Nel 1992 il gruppo del prof. Holton della Florida State University ha proposto una semi-sintesi del tassolo a partire dalla 10 deacetilbaccatina, con una resa dell’80%. Tale sintesi, brevettata dalla Bristol-Myers Squibb, è il metodo utilizzato per produrre il tassolo usato oggi nella terapia antitumorale. Questo sistema di produzione pertanto è strettamente dipendente da fattori ambientali e epigenetici Una strategia alternativa Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry, 2009, 9, 109-121 Biotechnological Production of Taxol and Related Taxoids: Current State and Prospects O. Expósito 1, M. Bonfill E.1, Moyano M. 2, Onrubia 2, M.H. Mirjalili 3, R.M. Cusidó Palazón1 1 Sección 1 and J. de Fisiologia Vegetal, Facultad de Farmacia, Universidad de Barcelona, Avda. Diagonal 643, E-08028 Barcelona, Spain; 2 Departament de Ciències Experimentals i de Salut, Universitat Pompeu Fabra, Avd. Dr. Aiguader 80, E08003 Barcelona, Spain and 3Medicinal Plants and Drugs Research Institute, Shahid Beheshti University, Evin, Tehran, Iran Una strategia alternativa Biotechnological Production of Taxol • Taxol from cell culture Vantaggi: • • • • Stabilizzazione ed ottimizzazione della produzione attraverso variazione delle condizioni colturali e nutrizionali Indipendenza dalla stagionalità Selezione di linee cellulari altamente produttive Produzione di nuove molecole Taxol from cell culture • Utilizzo di due differenti mezzi di coltura • 1. Mezzo di coltura ottimizzato per favorire la crescita (aumento di biomassa) • 2. Mezzo di coltura che stimola principalmente la biosentesi dei metaboliti secondari METIL JASMONATO Prospettive future • Il divario tra domanda ed offerta è la più grande sfida nell’applicazione clinica del taxolo. Questo ha guidato alla ricerca di nuove strategie di produzione come • -Colture fungine Si è riscontrato che un fungo che colonizza alberi di tasso produce anche taxolo • Ingegneria genetica Microorganismi ricombinati per la biosintesi totale del Taxol (Saccharomyces cerevisae) Conclusioni • Nonostante il tassolo risulta essere un farmaco di notevole importanza i limiti nella produzione hanno orientato i ricercatori verso l’individuazione di nuove molecole come l’ epotilone • Composto strutturalmente simile al taxolo, identificato da Hofle e dai suoi collaboratori nel 1993 • Prodotto di estrazione da alghe marine, inibisce il processo di depolimerizzazione dei microtubuli stabilizzando il fuso mitotico • Rispetto al taxolo ed ai suoi derivati presenta: maggiore solubilità in acqua;; possiede azione citotossica selettiva su modelli in vitro di cellule tumorali; induce apoptosi
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