Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA NUEVOS DERIVADOS DE LA DESHIDROEPIANDROSTERONA CON POSIBLE ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE QUÍMICA FARMACÉUTICA BIÓLOGA PRESENTA KAREN NALLELY, CÓRDOVA FRANCO MÉXICO, D.F. 2013 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Jurado Asignado: Presidente: ANA ADELA SANCHEZ MENDOZA Vocal: ELENA GUADALUPE RAMIREZ LOPEZ Secretario: GUILLERMINA YAZMÍN ARELLANOSALAZAR 1er Suplente: NAYELI LOPEZ BALBIAUX 2do Suplente: EUGENE ATHANAS BRATOEFF TITEFF Sitio donde se desarrolló el tema: Laboratorio 125, Edificio E, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma De México Asesor del tema: Dra. G. Yazmín Arellano Salazar _______________________________ Supervisor técnico: Dr. Eugene Bratoeff _______________________________ Sustentante: Karen Nallely Córdova Franco _______________________________ DEDICATORIA A mis padres. Gracias por estar siempre a mi lado, apoyándome en todo momento y sobre todo por brindarme su amor incondicionalmente, sus consejos y todo el esfuerzo que hicieron para que yo pudiera llegar a ser lo que soy los tengo siempre presentes, no tengo palabras para describir lo feliz que me siento por tener unos padres tan grandiosos como ustedes, los amo. A mi hermano Gracias por escucharme todas las noches que tenía exámenes, eres lo máximo, te amo. agradecimientos En primer lugar quiero agradecer a mis padres porque sin ellos no me encontraría ahora en el final de mi carrera y en el inicio de una nueva etapa de mi vida. A la Universidad Nacional Autónoma de México, especialmente a la Facultad de Química por haberme brindado la oportunidad de estudiar dentro de sus instalaciones, y sobre todo por darme las herramientas necesarias para formarme profesionalmente. Al Dr. Bratoeff por haberme brindado la oportunidad de formar parte de su equipo de investigación en el laboratorio 125, gracias por su apoyo y revisión de esta tesis. En especial quiero agradecer a la Dra. Yazmín Arellano Salazar por haberme permitido trabajar a su lado y sobre todo por su valioso apoyo académico que me fue brindado en todo momento para poder llevar a cabo este trabajo de tesis, gracias por su confianza y sus consejos. A la Dra. Elena Ramírez López por sus consejos y su grandiosa convivencia. A la Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA) por el apoyo económico para la realización de este proyecto. A la Dra. María Teresa Odulia Ramirez Apan por su valiosa aportación en la determinación de la actividad biológica de los nuevos compuestos sintetizados. Al personal de la USAI por la realización de los espectros de IR, 1H-RMN, 13C-RMN y espectrometría de masas de los compuestos sintetizados. A los miembros del jurado por la revisión, sugerencias y aportacionesal presente trabajo. Al equipo de investigación del laboratorio 125: Alejandra, Iván, Alfonsina, Maru, Francisco, Aylín y Eduardo por su grata compañía y sobre todo por la amistad que se fue generando a lo largo de mi estancia con ustedes. A mis amigos: Mónica L., Julio, Mireya, Mónica T. Ricardo y Manuel por los grandiosos momentos que pasamos juntos, los quiero mucho y les agradezco infinitamente su amistad. 1 ÍNDICE I. RESUMEN .................................................................................................... 1 II. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 3 III. ANTECEDENTES ....................................................................................... 6 3.1 Fisiología de la próstata 3.2 Receptor androgénico 3.3 Andrógenos 3.4 Antiandrógenos 3.5 Metabolismo de la testosterona en la próstata 3.6 Enzima 5α-reductasa 3.7 Hiperplasia prostática benigna .............................................................. 14 3.7.1 Síntomas de la hiperplasia prostática benigna 3.7.2 Causas del origen de la HPB 3.7.3 Tratamiento .................................................................................... 15 3.7.3.1 Antagonistas α-adrenérgicos 3.7.3.2 Inhibidores de la enzima 5α-reductasa 3.7.3.3 Fitoterapia 3.8 Cáncer de próstata.............................................................................. 18 3.8.1 Factores de riesgo que predisponen a desarrollar cáncer de próstata 3.8.2 Pruebas para la detección del CaP 3.9 Tratamiento ....................................................................................... 21 3.9.1 Cirugía 3.9.2 Radioterapia 3.9.3 Terapia hormonal 3.9.4 Criocirugía 3.9.5 Quimioterapia 3.10 Reacciones químicas propuestas ......................................................... 25 3.10.1 Formilación Vilsmeier-Haack 3.10.2 Reacción de adición-eliminación a carbono sp2 3.10.3 Esterificación de Steglich 3.11 Pruebas biológicas ............................................................................. 27 3.11.1 Ensayo de citotoxicidad en líneas celulares cancerosas humanas 3.12 Parámetros fisicoquímicos .................................................................. 27 IV. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................... 30 2 V. HIPÓTESIS ............................................................................................... 32 VI. OBJETIVOS ............................................................................................. 33 6.1 Objetivo general 6.2 Objetivos particulares VII. RUTA SINTÉTICA .................................................................................. 35 VIII. DESARROLLO EXPERIMENTAL ............................................................. 36 8.1 Parte química 8.1.1 Equipos 8.1.2 Métodos generales de análisis ..................................................... 37 8.1.2.1 Cromatografía en capa fina (CCF) 8.1.2.2 Cromatografía en columna 8.1.3 Síntesis del acetato de-17-cloro-16-formilandrost-5,16-dien-3β-ilo a través de la reacción de formilación de Vilsmeier-Haack 8.1.4 Síntesis del 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ol 8.1.5 Síntesis del 3β-éster-16-formil-17-metoxi-5,16-androstandieno a través de la reacción de Esterificación de Steglich 8.2 Parte biológica .................................................................................. 40 8.2.1 Material biológico 8.2.2 Sustancias y equipo 8.2.3 Ensayo in vitro: citotoxicidad en líneas cancerosas humanas 8.3 Determinación de los parámetros fisicoquímicos ...................................42 IX. RESULTADOS .......................................................................................... 43 9.1 Parte química ......................................................................................... 44 9.1.1 Características físicas, espectroscópicas y espectrométricas de los compuestos sintetizados 9.1.2 Parámetros fisicoquímicos 9.2 Parte biológica ........................................................................................ 53 9.2.1 Actividad biológica de los nuevos esteroides sintetizados X. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ................................................................... 57 XI. CONCLUSIONES ...................................................................................... 69 XII. REFERENCIAS ....................................................................................... 71 XIII. ANEXO DE ESPECTROSCOPÍA .............................................................. 78 3 ABREVIATURAS ADN Ácido desoxirribonucleico APE Antígeno prostático específico AR Abundancia relativa ARN Ácido ribonucleico ATR Reflactancia total atenuada AUA-SI Asociación Americana de Urología-Índice de síntomas por sus siglas en inglés c Señal de cuadruplete en 1H-RMN CaP Cáncer de próstata CC Cromatografía en columna CCF Cromatografía en capa fina CPRH Cáncer de próstata refractario a hormonas d Señal de doblete en 1H-RMN D Banda de intensidad débil en IR DBD Dominio de unión a ADN por sus siglas en inglés DCC Diciclohexilcarbodiimida DCU Diciclohexilurea DHT Dihidrotestosterona DHEA Deshidroepiandrosterona DMAP Dimetilaminopiridina DMF Dimetilformamida EM Espectrometría de masas ERD Examen rectal digital F Banda de intensidad fuerte en IR FAB Técnica de bombardeo de átomos rápidos FSH Hormona foliculoestimulante HPB Hiperplasia Prostática Benigna 3-HSDs 3-hidroxiesteroide deshidrogenasa 17-HSDs 17-hidroxiesteroide deshidrogenasa IARC IR Agencia Internacional de Investigación sobre el Cáncer Espectroscopía de infrarrojo J Constante de acoplamiento LBD Dominio de unión a ligando, por sus siglas en inglés LH Hormona luteinizante LH-RH Hormona liberadora de la hormona luteinizante M+ Ión molecular M Banda de intensidad media en IR MTT m Bromuro de (3-(4,5-dimeltiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio) Señal de multiplete en 1H-RMN m/z Relación masa carga en EM N Normalidad NADPH Forma reducida de la nicotinamida adenina dinucleótido fosfato NTD Dominio amino-terminal OMS 13C-RMN Organización Mundial de la Salud Resonancia magnética nuclear de carbono 13 1H-RMN Resonancia magnética nuclear de protón Qmax Velocidad máxima de flujo RA Receptor androgénico 4 RUA RM Retención urinaria aguda Refractividad molar 5A-R1 5-alfa reductasa 1 5A-R2 5-alfa reductasa 2 SCP2 Proteína transportadora de esteroles SHBG Globulina transportadora de hormonas sexuales SRB Sulforodamina B t Señal de triplete en 1H-RMN T Testosterona TCA Ácido tricloroacético TMS Tetrametilsilano TURP Resección transuretral de la próstata por sus siglas en inglés δ Desplazamiento químico en 13C-RMN y en 1H-RMN 5 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Esquema del sistema reproductor masculino ......................................... 6 Figura 2. Esquema de las zonas de la próstata .................................................... 7 Figura 3. Metabolismo de los esteroides en el testículo ......................................... 9 Figura 4. Representación esquemática de la síntesis de testosterona ................... 11 Figura 5. Conversión de la T a 5α-DHT por la enzima 5α-reductasa dependiente de NADPH .......................................................................................................... 11 Figura 6.Mecanismo de reducción de la testosterona .......................................... 13 Figura 7. Fármacos inhibidores de la enzima 5α-reductasa.................................. 17 Figura 8. Esquema del examen rectal digital (ERD) ............................................ 19 Figura 9.Esquema de la ecografía transrectal .................................................... 20 Figura 10. Esquema de la biopsia transrectal .................................................... 20 Figura 11. Acetato de ciproterona .................................................................... 23 Figura 12. Flutamida® .................................................................................... 23 Figura 13. Bicalutamida® ................................................................................ 24 Figura 14. Ketoconazol® ................................................................................. 24 Figura 15. Fármaco usado para el tratamiento del cáncer prostático .................... 25 Figura 16. Serie homóloga propuesta de compuestos a sintetizar ........................ 31 Figura 17. Ruta de síntesis de los nuevos derivados esteroidales ........................ 35 Figura 18. Acetato de 17-cloro-16-formilandrost-5,16-dien-3β-ilo ...................... 44 Figura 19. 16-Formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ol .................................... 45 Figura 20. Propionato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo (lVa) ........ 46 Figura 21. Butirato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo (lVb) ............ 48 Figura 22. Pentanoato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo (lVc) ........ 49 Figura 23. Hexanoato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo (lVd) ........ 51 6 ÍNDICE DE GRÁFICAS Gráfica 1. Evaluación biológica en la línea celular de cáncer de próstata (PC-3) ..... 53 Gráfica 2. Evaluación biológica en la línea celular de cáncer de mama (MCF-7) ...... 53 Gráfica 3. Evaluación biológica en la línea celular de cáncer de pulmón (SKLU-1) .. 54 Gráfica 4. Porcentaje de inhibición del compuesto lVa sobre diferentes líneas celulares ........................................................................................ 54 Gráfica 5. Porcentaje de inhibición del compuesto lVb sobre diferentes líneas celulares ........................................................................................ 55 Gráfica 6. Porcentaje de inhibición del compuesto lVc sobre diferentes líneas celulares ........................................................................................ 55 Gráfica 7. Porcentaje de inhibición del compuesto lVd sobre diferentes líneas celulares ........................................................................................ 56 7 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Propiedades de las isoenzimas 5AR ...................................................... 12 Tabla 2. Comparación de la Finasterida® y la Dutasterida® en el tratamiento de la HPB............................................................................................................... 17 Tabla 3. Simbología utilizada para las señales de IR ........................................... 43 Tabla 4. Simbología utilizada para las señales de 1H-RMN ................................... 43 Tabla 5. Propiedades físicas del acetato de 17-cloro-16-formilandrost-5,16-dien-3β- ilo ................................................................................................................. 44 Tabla 6. Propiedades espectroscópicas y espectrométricas del acetato de 17-cloro- 16-formilandrost-5,16-dien-3β-ilo ..................................................................... 45 Tabla 7. Propiedades físicas del 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ol ....... 45 Tabla 8. Propiedades espectroscópicas y espectrométricas del 16-formil-17- metoxiandrost-5,16-dien-3β-ol ........................................................................46 Tabla 9. Propiedades físicas del propionato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16- dien-3β-ilo ..................................................................................................... 46 Tabla 10. Propiedades espectroscópicas y espectrométricas del propionato de 16- formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo .......................................... 47 Tabla 11. Propiedades físicas del butirato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien- 3β-ilo .............................................................................................. 48 Tabla 12. Propiedades espectroscópicas y espectrométricas del butirato de 16-formil- 17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo ................................................... 49 Tabla 13. Propiedades físicas del pentanoato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16- dien-3β-ilo ...................................................................................... 49 Tabla 14. Propiedades espectroscópicas y espectrométricas del pentanoato de 16- formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo ......................................... 50 Tabla 15. Propiedades físicas del hexanoato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16- dien-3β-ilo ...................................................................................... 51 Tabla 16. Propiedades espectroscópicas y espectrométricas del hexanoato de 16- formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ilo ......................................... 52 Tabla 17. Parámetros fisicoquímicos calculados de los compuestos sintetizados ..... 52 8 Tabla 18. Compuestos finales, rendimiento y punto de fusión .............................. 58 Tabla 19. Desplazamientos de los grupos funcionales correspondientes al IR de los ésteres finales ............................................................................... 62 Tabla 20. Desplazamientos de los protones correspondientes a la 1H-RMN de los ésteres finales ............................................................................... 63 Tabla 21. Desplazamiento de los carbonos correspondientes a la 13C-RMN de los ésteres finales ................................................................................ 64 9 ÍNDICE DE ESPECTROS Espectro 1. IR del compuesto (l) acetato de 17-cloro-16-formilandrost-5,16-dien- 3β-ilo ......................................................................................... 79 Espectro 2. 1H-RMN del compuesto (l) ............................................................. 80 Espectro 3. 13C-RMN del compuesto (l) ............................................................ 81 Espectro 4. EM (FAB+) del compuesto (l) .......................................................... 82 Espectro 5. IR del compuesto (lll) 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ol ... 83 Espectro 6. 1H-RMN del compuesto (lll) ............................................................ 84 Espectro 7. 13C-RMN del compuesto (lll) ........................................................... 85 Espectro 8. EM (FAB+) del compuesto (lll) ........................................................ 86 Espectro 9. IR del compuesto (lVa) propionato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16- dien-3β-ilo ................................................................................... 87 Espectro 10. 1H-RMN del compuesto (lVa) ........................................................ 88 Espectro 11. 13C-RMN del compuesto (lVa) ....................................................... 89 Espectro 12. EM (FAB+) del compuesto (lVa) .................................................... 90 Espectro 13. IR del compuesto (lVb) butirato de 16-formil-17-metoxiandrost-5,16- dien-3β-ilo.................................................................................. 91 Espectro 14. 1H-RMN del compuesto (lVb) ........................................................ 92 Espectro 15. 13C-RMN del compuesto (lVb) ....................................................... 93 Espectro 16. EM (FAB+) del compuesto (lVb) .................................................... 94 Espectro 17. IR del compuesto (lVc) pentanoato de 16-formil-17-metoxiandrost- 5,16-dien-3β-ilo ......................................................................... 95 Espectro 18. 1H-RMN del compuesto (lVc) ........................................................ 96 Espectro 19. 13C-RMN del compuesto (lVc) ....................................................... 97 Espectro 20. EM (FAB+) del compuesto (lVc) .................................................... 98 Espectro 21. IR del compuesto (lVd) hexanoato de 16-formil-17-metoxiandrost- 5,16-dien-3β-ilo ......................................................................... 99 Espectro 22. 1H-RMN del compuesto (lVd) ...................................................... 100 Espectro 23. 13C-RMN del compuesto (lVd) ..................................................... 101 Espectro 24. EM (FAB+) del compuesto (lVd) .................................................. 102 Página 1 I RESUMEN Hoy en día, el Cáncer de Próstata (CaP) es la segunda causa de muerte en varones a nivel mundial, y la Hiperplasia Prostática Benigna (HPB) es la patología más común en los hombres mayores de 50 años1. Ambas enfermedades son dependientes de andrógenos2. Entre los andrógenos más importantes se destaca la deshidroepiandrosterona (DHEA) la cual se conoce como la “hormona madre” del organismo y afecta muchas funciones corporales relacionadas con hormonas. Es precursora tanto del estrógeno como de la testosterona, además, es el esteroide más habitual en sangre3. Es por ello que este trabajo de tesis se enfocó en sintetizar cuatro nuevos compuestos derivados de la (DHEA con la finalidad de ser utilizados para el tratamiento de la HPB y/o el CaP. Se consideró que la dihidrotestosterona (DHT) juega un papel importante en el desarrollo de la próstata, en la HPB y en el CaP, por lo tanto, se trabajó en la generación de nuevos inhibidores de la enzima 5α-reductasa, debido a que es la enzima responsable de transformar la testosterona (T) a DHT. Además, se sabe que al insertar en la posición 3β- del esteroide un grupo éster aumenta la biodisponibilidad del mismo, garantizando su llegada a la diana, es decir, a la enzima 5α-reductasa o al receptor androgénico (RA)4. Página 2 Por lo anterior, los nuevos compuestos sintetizados forman en conjunto una serie homóloga de derivados que presentan en la posición 3β- del esteroide un éster alifático de cadena creciente. Dichos compuestos, fueron sometidos a pruebas de actividad biológica en líneas cancerosas humanas de pulmón (SKLU-1), mama (MCF-7) y próstata (PC-3), además, se analizaron estructuralmente con el software ChemBioDraw Ultra versión 12.0 para determinar algunas de sus propiedades fisicoquímicas. En cuanto a los resultados obtenidos de sus propiedades fisicoquímicas y de las pruebas biológicas se obtuvo que el compuesto butirato de 16-formil-17-metoxiandrost- 5,16-dien-3β-ilo (IVb) fue moderadamente lipofílico y selectivo contra la línea celular SKLU-1, por lo tanto, es un buen candidato para el posible tratamiento del cáncer de pulmón. I. Resumen Página 3 II INTRODUCCIÓN Entre las enfermedades andrógeno-dependientes que tienen gran impacto en la salud del hombre cuando alcanza una edad madura, se encuentran principalmente las enfermedades prostáticas, tales como la HPB y el CaP5. El 85% de los cánceres de la próstata tienen un origen multifocal, es decir, se originan en varios sitiosde la glándula y muchos de ellos permanecen latentes, ocultos, durante toda la vida del hombre6. En 2008, el cáncer de próstata se colocó como el tipo de cáncer de mayor prevalencia en todo el país, según cifras de Globocan, que concentra las estadísticas generadas por la Agencia Internacional de Investigación sobre el Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) y la Organización Mundial de la Salud (OMS)7. El cáncer de próstata afecta más a los adultos mayores. En el 2009, el 9.3% de los pacientes con dicho padecimiento tenía entre 70 a 74 años de edad, mientras que el 19.7% era mayor de 80 años, según el INEGI7. En el caso de la HPB, se sabe que es una enfermedad que afecta del 50-80% de los hombres mayores de 50 años. El desarrollo de esta patología involucra el crecimiento prostático en la zona que rodea a la uretra proximal, denominada zona de transición. Un agrandamiento permanente de la próstata conduce progresivamente a la retención urinaria, disfunción renal e infección8. Página 4 La próstata es un órgano dependiente de la testosterona y sensible a otros andrógenos. Los receptores de andrógenos se encuentran presentes en las células de la próstata y juegan un papel importante en el desarrollo sexual y fisiología a través de señales hormonales9. Actualmente el tratamiento farmacológico para la HPB se basa en la reducción del tono muscular del músculo liso de la próstata, a través de los siguientes grupos de fármacos: Bloqueadores α1-adrenérgicos Entre los bloqueadores selectivos de los receptoresα1aprobados para el tratamiento de la HPB se encuentran la terazosina, doxazosina y tamsulosina10, sin embargo, dichos fármacos pueden provocar cefaleas, astenia, somnolencia, etc9. Inhibidores de la enzima 5α-reductasa Para el desarrollo, función y crecimiento de la glándula prostática se produce la testosterona necesaria en los testículos y en menor proporción en las glándulas suprarrenales, y es transformada por la enzima 5α-reductasa en DHT, metabolito activo básicamente a nivel de la próstata y también de la piel y el hígado11. En el tejido prostático hiperplasiado se ha observado un contenido de DHT 3 ó 4 veces superior que en la próstata normal, es por ello, que los inhibidores de la enzima 5α- reductasa, agentes como la Finasterida® y la Dutasterida® bloquean la actividad de la enzima, y con ello la conversión de T a DHT. Sin embargo, estos fármacos provocan entre otro efectos daño hepático12. Otro tratamiento para la HPB es el fitoterapéutico, el cual consiste en la aplicación de extractos de plantas como el ciruelo africano (Pygeum africanum) y el sabal (Serenoa repens)9. En cuanto a los tratamientos utilizados para pacientes con CaP existen las siguientes variantes13: Cirugía Quimioterapia Hormonoterapia Radioterapia II. Introducción Página 5 Los efectos secundarios y las desventajas que presentan los fármacos y tratamientos mencionados anteriormente para combatir el CaP y la HPB, ocasionan que se reduzca su uso terapéutico, y por lo tanto, se genere un gran interés por el desarrollo de nuevas opciones terapéuticas para mejorar la calidad de vida de los pacientes tratados. Una de las áreas que se encargan del diseño y la síntesis de compuestos que puedan ser usados en medicina para la prevención, tratamiento o cura de enfermedades en humanos es la química medicinal, área que generalmente lleva a cabo la siguiente metodología: primero se identifica la sustancia “líder”, en segundo lugar se realiza una modificación sintética de la estructura líder con la finalidad de mejorar su potencia, selectividad y disminuir toxicidad; posteriormente se establece y analiza la posible relación estructura-actividad, y una vez que se haya concluido con éxito hasta este punto se realiza la optimización de la ruta sintética para producir el nuevo compuesto en masa y hacer las respectivas modificaciones de la sustancia activa para hacerla apta para su uso clínico14. En este trabajo se propuso como compuesto líder a la DHEA debido a que: 1) es la hormona esteroide más abundante en el organismo; 2) a partir de ella se fabrican las hormonas sexuales más importantes y 3) numerosos experimentos han demostrado que la presencia de la DHEA inhibe o impide el desarrollo de ciertos tipos de cáncer15. Debido a que previamente nuestro grupo de trabajo reportó potentes compuestos inhibidores de la enzima 5α-reductasa, derivados de la DHEA, con un grupo éster en la posición 3β- que tuvieron un papel importante en la disminución del peso de la glándula prostática, se propuso como objetivo principal de este trabajo, sintetizar cuatro nuevas especies químicas de naturaleza esteroidal, derivadas de la DHEA con un grupo metoxilo en la posición C-17 y un grupo éster en la posición 3β- del esteroide que pudieran mostrar actividad farmacológica ya sea mediante un efecto inhibitorio de la enzima 5α- reductasa y/o antagónico del receptor androgénico; que en cuanto a los efectos adversos, éstos pudieran ser menores o en su defecto menos severos. II. Introducción Página 6 III ANTECEDENTES 3.1 Fisiología de la próstata La próstata es una glándula del tamaño de una nuez ubicada justo debajo de la vejiga de los hombres y rodea la parte superior de la uretra (Figura 1). La principal función de esta glándula es producir semen16. Figura 1 Esquema del sistema reproductor masculino La próstata tiene 3 zonas principales encapsuladas dentro de una cápsula fibrosa: 1) la zona periférica o glándula externa, compuesta por aproximadamente un 65% de tejido glandular, 2) la zona central o glándula interna compuesta por un 25% de tejido Página 7 glandular y 3) la zona de transición, que rodea la uretra prostática y está compuesta por un 10% de tejido glandular17(Figura 2). Figura 2 Esquema de las zonas de la próstata El CaP se desarrolla usualmente en la zona glandular, por lo cual el área más afectada es la glándula externa o zona periférica que contiene en mayor cantidad tejido glandular. Por otra parte, la mayoría de las lesiones por HPB tienen lugar en la zona de transición18.El crecimiento de próstata es estimulado por actividad androgénica a través del receptor androgénico (RA)19. 3.2 Receptor androgénico El receptor androgénico es codificado por un solo gen que se encuentra en la región 11-12q del cromosoma X, es una proteína que está constituida de 917 a 919 aminoácidos, es miembro de una familia de factores de transcripción nuclear, es decir, que copian ADN a través de ARN mensajero20. Cuando los andrógenos se unen al RA, éste se activa, se transloca al núcleo y se une a secuencias específicas del ADN. En la próstata, el RA dirige el crecimiento, diferenciación y supervivencia de las células epiteliales, sin embargo, también participa en el desarrollo y progresión de patologías como la HPB y el CaP21. El RA tiene cuatro dominios funcionales: 1) un dominio amino-terminal (NH2-terminal, NTD), encargado de la activación transcripcional, y es el más variable entre los receptores nucleares tanto en longitud como en secuencia, 2) un dominio de unión a ADN III. Antecedentes Página 8 (DBD, por sus siglas en inglés), localizado en la parte central de la molécula del RA, es la región más conservada dentro de la familia de los receptores nucleares y es la que se une al ADN22. El DBD está formado por nueve residuos de cisteína, de los cuales ocho están involucrados en la formación de dos complejos denominados dedos de zinc, cada uno compuesto por cuatro cisteínas unidas a un ión de Zn+2,y su función es reconocer secuencias consenso específicas del ADN;3) un dominio de unión al ligando (LBD, por sus siglas en inglés), encargado de la dimerización y activación de la transcripción.Este dominio regula la interacción entre el RA y las proteínas de choque térmico (Hsp) e interactúa con el dominio NTD del receptor para estabilizar la unión del andrógeno; y 4) una región bisagra, no conservada y flexible, encargada de unir a los dominios LBD y DBD y de regular la unión al ADN, la translocación nuclear y la transactivación del RA22. 3.3 Andrógenos Los andrógenos son hormonas esteroidales masculinas, derivadas del androstano (C- 19) que se derivan del ciclopentanoperhidrofenantreno. Se sintetizan a partir del colesterol y de la pregnenolona (Figura 3) o directamente a partir de la acetil coenzima A, sus intermediarios metabólicos son la DHEA y la androstendiona. Estas hormonas se producen en mayor cantidad en los testículos, y en pequeñas pero significativas cantidades en glándulas suprarrenales y ovarios. Participan en el proceso normal de maduración (adrenarquia)23. Los andrógenos son los responsables de los rasgos sexuales secundarios: incrementan la masa magra corporal, fortalecen el músculo aumentando la síntesis de proteínas y previenen su degradación23. III. Antecedentes Página 9 Figura 3 Metabolismo de esteroides en el testículo El metabolismo de los esteroides en los testículos se inicia con el colesterol el cual es transformado en pregnenolona en la mitocondria, por lo que el colesterol, unido a una proteína transportadora de esteroles (SCP2), debe transportarse e internalizarse en esta III. Antecedentes Página 10 estructura. Cuando el colesterol es convertido en pregnenolona, ésta última es liberada de la mitocondria y se transporta al retículo endoplásmico liso, donde se completa la esteroidogénesis. La síntesis de testosterona se lleva a cabo a través de dos rutas metabólicas: a partir de 17-hidroxipregnenolona (ruta ∆5) o a partir de 17- hidroxiprogesterona (ruta ∆4). Los esteroides intermedios de la ruta ∆5 pueden convertirse en los esteroides de la ruta ∆4 correspondiente24, 25. En el humano, la ruta más importante es la ∆5, mientras que en los roedores es la ∆4. La testosterona puede metabolizarse en otros esteroides biológicamente activos, a DHT a través de la enzima 5α–reductasa, y a continuación en 3α ó 3β dioles21, 22. Finalmente, estos dioles son metabolizados a trioles, que son los productos finales del metabolismo de la T, muy solubles en agua, no tienen actividad androgénica y no pueden volver a convertirse en DHT. Por la ruta de la aromatasa, la testosterona puede metabolizarse en estradiol y la androstenediona en estrona25 (Figura 3). La síntesis de los andrógenos se regula por el eje hipotálamo-hipófisis-gónadas, donde la hormona liberadora de la hormona luteinizante (LHRH), liberada del hipotálamo, estimula la secreción de la hormona luteinizante (LH) en la adenohipófisis, la cual posteriormente estimula a las células de Leydig para inducir la síntesis de testosterona (Figura 4). La síntesis de testosterona es regulada por una retroalimentación negativa para prevenir la liberación de la LHRH y, en consecuencia, decrecer la sensibilidad de la adenohipófisis hacia la LHRH19.Ya liberada, la testosterona pasa a la circulación sanguínea unida a la albúmina ó a la globulina transportadora de hormonas sexuales (SHBG), o también en forma libre, para alcanzar sus órganos blancos y ejercer sus efectos24. III. Antecedentes Página 11 Figura 4 Representación esquemática de la síntesis de testosterona (T) 3.4 Antiandrógenos Los antiandrógenos son compuestos que bloquean la síntesis de los andrógenos o sus funciones, la mayoría de estos compuestos disminuyen la concentración de DHT sin tener un efecto directo sobre la concentración de T26. 3.5 Metabolismo de la testosterona en la próstata El principal andrógeno circulante, la testosterona (T), se sintetiza en las células de Leydig de los testículos. En la próstata, la DHT es el andrógeno natural predominante y más potente; se forma a partir de la T a través de la actividad de la proteína microsomal dependiente de NADPH denominada 5α-reductasa, actúa reduciendo la doble ligadura en la posición 4-5 en esteroides de C19 y C21, tales como la T 27 (Figura 5). Figura 5 Conversión de la T a 5α -DHT por la enzima 5α-reductasa dependiente de NADPH III. Antecedentes Página 12 3.6 Enzima 5α-reductasa La enzima 5α-reductasa (3-oxo-esteroide-4-en-deshidrogenasa) EC 1.399.5, es una proteína microsomal hidrofóbica de membrana que cataliza la reducción dependiente de NADPH de T a DHT28. Se han identificado dos isoformas de esta enzima en humanos: la isoforma tipo 1 es expresada en células epiteliales de la próstata, también se localiza en la piel y el hígado y actúa en medio básico o neutro; mientras que la isoforma tipo 2 juega un papel importante en el CaP e HPB debido a que es más abundante en esta glándula, vesículas seminales, hígado y epidídimo, y es activa a pH ácido29,30. Recientemente se ha detectado una isoforma tipo 3 en cáncer de próstata refractario a hormonas (CPRH) la cual también se puede encontrar en tejidos no androgénicos tales como páncreas y cerebro4. En la siguiente tabla se muestran las características y propiedades bioquímicas de las isoenzimas 5AR-1 y 5AR-231. Propiedades 5AR-1 5AR-2 Tamaño 259 aa 254 aa Peso molecular 29.5 kDa 28.4 kDa pH óptimo 6-8.5 5-5.5 Estado bioquímico Hidrofóbica Hidrofóbica Distribución tisular Hígado, piel, cerebro, ovarios, próstata, testículos. Próstata, epidídimo, vesículas seminales, piel de los genitales, útero, pecho, placenta, testículos y folículo piloso. Expresión en próstata Normal (baja), alta en HPB y cáncer. Normal e HPB (alta), baja en cáncer. Estructura del gen 5 exones, 4 intrones 5 exones, 4 intrones Nombre del gen SRD5A1 SRD5A2 Localización en cromosoma 5p15 2p23 Inhibición con finasterida CI50≥360 nM CI50=69 nM Inhibición con dutasterida CI50=6 nM CI50=7 nM Tabla 1. Propiedades de las isoenzimas 5AR31. El mecanismo de acción de la enzima 5α-reductasa consiste en la donación directa de un hidruro pro-S por parte del cofactor NADPH a la cara menos impedida de la T, una vez III. Antecedentes Página 13 que ha sido activada la enona por una interacción electrostática entre la enzima y la T, el enolato generado es estabilizado por la enzima y subsecuentemente es protonado por ésta para generar la 5α-DHT4 (Figura 6). Figura 6 Mecanismo de reducción de la testosterona Como se ha mencionado con anterioridad, la función de la enzima 5α-reductasa es de gran importancia debido a que participa en la conversión de la T a DHT, la cual se encuentra asociada con el CaP dependiente de andrógenos, además, cuando se tiene una deficiencia de la enzima no se tiene un completo desarrollo de los genitales al nacer2. III. Antecedentes Página 14 3.7 Hiperplasia Prostática Benigna La HPB es una entidad histopatológica caracterizada por un crecimiento fibromioadenoso de la glándula prostática que se manifiesta clínicamente con los síntomas conocidos como prostatismo, que incluyen trastornos miccionales obstructivos y/o irritativos32. En la HPB, la obstrucción del tracto urinario inferior implica dos componentes: 1) El componente dinámico afecta al tono de las fibras musculares lisas en el cuello de la vejiga, la cápsula quirúrgica y el estroma bromuscular y 2) El componente estático que es debido a la compresión mecánica ejercida por el aumento de la próstata, compuesta principalmente de tejido glandular epitelial. El componente dinámico se regula por mecanismos adrenérgicos, donde fármacos α-adrenérgicos desempeñan un papel importante. Por lo tanto, los fármacos bloqueadores α-adrenérgicos reducen el tono del músculo lisoy alivian la obstrucción debido al componente dinámico. El componente estático está principalmente bajo el control de andrógenos que provocan el crecimiento de la próstata33. 3.7.1 Síntomas de la HPB34 Necesidad de orinar con frecuencia, especialmente durante la noche Dificultad para orinar o retención de orina Imposibilidad de orinar Flujo de orina débil o interrumpido Dolor o ardor al orinar Dificultad para tener una erección Eyaculación dolorosa Sangre en la orina o en el semen Dolor o rigidez frecuente en la parte baja de la espalda, las caderas o en la parte superior de los muslos III. Antecedentes Página 15 3.7.2 Causas del origen de la HPB: Conversión de la T plásmática de los testículos por la 5AR en DHT, la cual promueve el crecimiento prostático4. Un aumento de los niveles de estradiol (la enzima aromatasa convierte la T en estradiol) como resultado de la edad. Los estrógenos actúan sinergísticamente con la DHT para inducir a los receptores androgénicos así como el crecimiento prostático4. Activación de los adrenorreceptores α1, lo que incrementa el tono del músculo liso del cuello de la vejiga y la próstata4. 3.7.3 Tratamiento 3.7.3.1 Antagonistas α-adrenérgicos Debido a la obstrucción de la vejiga en la HPB por el efecto dinámico del tono del músculo liso de la próstata mediado por los α-adrenorreceptores, entonces los antagonistas α1-adrenérgicos han mostrado mejoría en aproximadamente el 80% de los pacientes, ya que estos fármacos como son la prazosina, terazosina, doxazosina, tamsulosina y alfuzosina actúan relajando los músculos del trígono y esfínter vesicales, con disminución de la resistencia al flujo. En varios estudios se ha comprobado que la tamsulosina es más eficaz que la Finasterida®, debido a que produce una mejoría rápida al flujo urinario, a diferencia de la Finasterida® que tarda meses en mejorarlo10. Los efectos secundarios que presenta este grupo farmacológico son: cefaleas, astenia, somnolencia, náuseas, congestión nasal, sensación vertiginosa e hipotensión ortostática10. III. Antecedentes Página 16 3.7.3.2 Inhibidores de la enzima 5α-reductasa Finasterida®: (5α, 17β-4-azaandrost-1-en-N-(1,1-dimetiletil)-3-oxo-17-carboxamida) (Figura 7) inhibe selectivamente la acción de la 5α-reductasa tipo 2. Diversos estudios experimentales han demostrado que suprime la conversión intracelular de testosterona en DHT, produciendo una disminución de los niveles plasmáticos de DHT en un 80-90% sin afectar a los de testosterona, hecho básico para no interferir de manera significativa con la libido y la función sexual. Experimentalmente se ha observado una disminución del volumen prostático hasta un tercio de los valores de partida35. Entre sus efectos secundarios se encuentran: impotencia, disminución de la libido y del volumen eyaculado, erupciones cutáneas, ginecomastia y dolor testicular33. La Finasterida® también inhibe a la 5β-reductasa. 5α y 5β reductasas están implicadas en el metabolismo hepático de esteroides, y entonces la Finasterida® podría afectar la función hepática. La inhibición de la 5β-reductasa puede perjudicar la actividad de CYP3A4, la cual es la enzima responsable del metabolismo de la Finasterida®. La Dutasterida® también implica un mecanismo de dos pasos y es un inhibidor de la 5α-R2 dependiente del tiempo35. Dutasterida®:(5α,17β-N-[2,5,bis(trifluorometil)fenil]-3-oxo-4-azaandrost-1-en-17- carboxamida) (Figura 7) mejora los síntomas del tracto urinario inferior y el flujo urinario máximo, a la vez que reduce el volumen prostático (total y de la zona de transición) y los riesgos de la retención aguda de orina y de la cirugía prostática de manera significativa28. Entre sus efectos secundarios se encuentran: disfunción eréctil, disminución de la libido, desórdenes de eyaculación, ginecomastia, inflamación de la cara, lengua o garganta, dificultad para respirar y descamación en la piel33. III. Antecedentes Página 17 Tanto la Finasterida® como la Dutasterida® han sido aprobados para el tratamiento de la HPB, debido a que ambos disminuyen en circulación los niveles de DHT, ocasionando una disminución en el tamaño de la próstata y una mejora de los síntomas clínicos en pacientes, como se puede observar en la siguiente Tabla 231: Finasterida (5 mg/día) Inhibidor de 5α-R2 Dutasterida (0.5 mg/día) Inhibidor dual 5αR1 y 2 %Plasma (disminución de DHT) 65-71 90-98 %Intraprostático (disminución de DHT) 85-90 98 Vida media 6-8 h 5 semanas La disminución del tamaño de próstata 16-20% 25-27% Mejora del flujo urinario (Qmax ) 2.2-2.7 mL/s 1.7-2.2 mL/s Mejora de los síntomas (AUA- SI) 4.4-6.5 3.3-5.0 %reducción en AUR 57% 57-79% %reducción en cirugía 48% 55-69% Cualquier evento adverso ~20% ~17% Cualquier evento sexual ~14% ~11% Disfunción eréctil 3-8% 3-7% Libido alterada 3-6% 3-5% Trastorno eyaculatorio 1-4% 1-1.5% Tabla 2. Comparación de la Finasterida® y la Dutasterida® en el tratamiento de la HPB. Qmax: velocidad máxima de flujo; AUA-SI: Asociación Americana de Urología-Índice de síntomas; RUA: retención urinaria aguda. Figura 7 Fármacos inhibidores de la enzima 5α-reductasa 3.7.3.3 Fitoterapia Consiste en la aplicación de extractos de plantas como el ciruelo africano (Pygeum africanum) y el sabal (Serenoa repens). III. Antecedentes Página 18 No se conoce su mecanismo de acción, pero algunos estudios postulan que tienen efecto superior al placebo e incluso obtienen mejoras urodinámicas. El sabalparece actuar sobre el metabolismo de las prostaglandinas en cultivos de células prostáticas, y además modula la 5α-reductasa humana, por lo que ha sido valorada en un estudio aleatorio frente a la Finasterida® en 1.098 pacientes, presentando una eficacia similar y una falta de correlación entre la intensidad de los síntomas y el tamaño de la próstata9. 3.8 Cáncer de Próstata El cáncer de próstataes el crecimiento no controlado de células anormales que se originan en la glándula prostática 16, 1. Los andrógenos son necesarios para la iniciación del cáncer de próstata y el equilibrio entre la proliferación celular inducida por andrógenos y la apoptosis. Se cree que regulan el crecimiento normal y canceroso de la próstata27. La mayoría de los tumores de próstata surgen de la secreción andrógeno-dependiente de las células epiteliales. La T y DHT se unen a un receptor idéntico, pero juegan distintas funciones fisiológicas. La testosterona regula la diferenciación sexual, mantiene la líbido y la función sexual y la DHT juega su principal papel en la virilización embriónica y pubertad externa27. 3.8.1 Factores de riesgoque predisponen a desarrollar CaP: Edad: La incidencia del cáncer de próstata se acrecienta con la edad; más del 75% de todos los cánceres de próstata son diagnosticados en hombres mayores de 65 años36. Antecedentes familiares: El riesgo de un hombre de padecer cáncer de próstata es diez veces mayor, si su padre, hermanos o abuelos presentaron la enfermedad6. III. Antecedentes Página 19 Dieta:El cáncer de próstata está vinculado al elevado consumo de grasas6. Infecciones:Las prostatitis virales, que son enfermedades de transmisión sexual, originadas por citomegalovirus o virus herpes tipo 2, aumentan las posibilidades de desarrollar un cáncer de próstata36. 3.8.2 Pruebas para le detección del cáncer de próstata La detección temprana del CaP resulta difícil, ya que en etapas tempranas no presenta síntomas, es por esta razón que la mayoría de los pacientes al momento del diagnóstico presentan una metástasis dispersa, que se caracteriza por un dolor intenso en los huesos, hacia donde se haya diseminado la enfermedad lo que conduce a lamuerte inevitable del paciente al término de su diagnóstico26. Para detectar y diagnosticar el cáncer de la próstata se utilizan las siguientes pruebas y procedimientos: Examen digital del recto: Consiste en el tacto rectal en el que se palpa la próstata para determinar si existe alguna anomalía; se detecta un abultamiento de la glándula prostática, en caso de presentarse cáncer de próstata37. Figura 8 Esquema del examen rectal digital (ERD) III. Antecedentes Página 20 Ecografía transrectal: Procedimiento por el cual se inserta en el recto una sonda que tiene aproximadamente el tamaño de un dedo para examinar la próstata. La sonda se utiliza para hacer rebotar ondas de sonido de alta energía (ultrasonido) en los tejidos internos de la próstata y crear ecos. Los ecos forman una imagen de los tejidos corporales que se llama ecograma37. Figura 9 Esquema de la ecografía transrectal Biopsia transrectal: extracción de tejido de la próstata mediante la inserción de una aguja fina a través del recto hasta la próstata. Este procedimiento se suele realizar mediante ecografía transrectal para ayudar a guiar la aguja37. Figura 10 Esquema de la biopsia transrectal Prueba del antígeno prostático específico (APE): consiste en medir en sangre el nivel de APE que es una glicoproteína de 237 aminoácidos, cuyo gen está activado en el cromosoma 19 del ADN de las células epiteliales de ductos y acinos prostáticos y en condiciones normales es secretado hacia el lumen de estas estructuras; un valor elevado de APE puede ser indicativo de que el paciente padece cáncer de próstata, sin embargo, no constituye una prueba definitiva para la detección del cáncer, debido a que la concentración de dicho antígeno puede ser incrementada mediante otros factores, tales como el desarrollo de una HPB, por inflamación de la próstata (prostatitis) o por aplicación de una presión mecánica sobre dicha glándula26. III. Antecedentes http://www.cancer.gov/Common/PopUps/popDefinition.aspx?id=46632&version=Patient&language=Spanish http://www.cancer.gov/Common/PopUps/popDefinition.aspx?id=367430&version=Patient&language=Spanish http://www.cancer.gov/Common/PopUps/popDefinition.aspx?id=44925&version=Patient&language=Spanish http://www.cancer.gov/Common/PopUps/popDefinition.aspx?id=46683&version=Patient&language=Spanish http://www.cancer.gov/Common/PopUps/popDefinition.aspx?id=46587&version=Patient&language=Spanish http://www.cancer.gov/Common/PopUps/popDefinition.aspx?id=322891&version=Patient&language=Spanish Página 21 3.9 Tratamiento: 3.9.1 Cirugía Está indicada en los estadios iniciales de la enfermedad, cuando aún no se ha diseminado. Puede usarse la técnica llamada Nerve-Sparing Surgery para disminuir la probabilidad de disfunción eréctil posterior38. La cirugía implica la extracción del tumor canceroso, los tejidos cercanos y, posiblemente, los ganglios linfáticos cercanos34. Dentro de las desventajas de la cirugía están los siguientes efectos secundarios: la incontinencia, la impotencia, la lesión rectal y el llamado orgasmo seco (desaparición de eyaculación)38. 3.9.2 Radioterapia La radioterapia implica el uso de radiación para eliminar las células cancerosas y reducir los tumores. Con frecuencia, la radioterapia interna se utiliza para tratar un tipo de cáncer en estadio inicial. 34. Tipos de radiación34: -Radioterapia externa: una fuente externa al cuerpo emite radiación directamente al tumor. -Radioterapia interna o braquiterapia: se colocan materiales radioactivos dentro del cuerpo, cerca de las células cancerosas. Dentro de las desventajas de la radioterapia es que puede provocar diarrea y molestias durante la micción, el área de piel tratada puede enrojecerse, estar seca y adolorida, también puede haber caída del cabello, lo cual puede ser transitorio o permanente dependiendo de las dosis de radiación y aumenta el riesgo de padecer cistitis. Esta terapia puede provocar impotencia en algunos hombres, aunque la radiación externa III. Antecedentes http://www.aurorahealthcare.org/yourhealth/healthgate/getcontent.asp?URLhealthgate=%22103935.html%22 Página 22 daña más los nervios que controlan la erección. La radiación interna puede causar temporalmente incontinencia urinaria38. 3.9.3 Terapia hormonal La terapia hormonal se usa en pacientes cuyo cáncer de próstata se ha propagado a otras partes o es recurrente después del tratamiento. El objetivo de la terapia hormonal es disminuir los niveles de andrógenos. Al disminuir los niveles de andrógenos, se puede reducir el tamaño del cáncer de próstata o aminorar su crecimiento, pero ello no brinda curación34. Dentro de las desventajas de este tratamiento están que puede causar impotencia, bochornos y disminución en el deseo sexual38. Los métodos de la terapia hormonal incluyen34: -Orquiectomía: un procedimiento quirúrgico para extirpar uno o ambos testículos, que son la fuente principal de las hormonas masculinas. La orquiectomía disminuye la producción de hormonas. Esto puede reducir o hacer más lento el crecimiento de la mayoría de los cánceres de próstata. -Agonistas de la LH-RH (agonistas de la hormona liberadora de la hormona luteinizante): inyecciones que pueden reducir la cantidad de testosterona generada por los testículos. Por ejemplo: Leuprolide, la goserelina o la buserelina38. -Estrógenos: fármacos que evitan la producción de testosterona en los testículos. Los estrógenos se usan con muy poca frecuencia en la actualidad debido al riesgo de generar efectos secundarios graves. -Antiandrógenos, medicamentos como: el Acetato de ciproterona, Flutamida®, Bicalutamida®, Ketoconazol®. III. Antecedentes Página 23 Acetato de ciproterona (Androcur®) El acetato de ciproterona (Figura 11) es un antiandrógeno derivado de la progesterona, agonista parcial de los receptores androgénicos y compite con la DHT por los receptores de andrógenos. En tratamiento prolongado puede ocasionar atrofias celulares, impotencia sexual y disminución de la libido. Está indicado para el tratamiento de cáncer de próstata avanzado23. Figura 11 Acetato de ciproterona Flutamida® La Flutamida® (Figura 12) es un antiandrógeno no esteroidal, es un profármaco que se convierte a 2-hidroxiflutamida y es un potente inhibidor competitivo de la unión de DHT a los receptores androgénicos. Incrementa la liberación tanto de la FSH como de la LH así como de concentraciones plasmáticas de T y DHT. Puede ocasionar ginecomastia y hepatotoxicidad. Está indicada para el tratamiento de cáncer de próstata metastásico23. Figura 12 Flutamida® Bicalutamida® La Bicalutamida® (Figura 13) es un antiandrógeno no esteroidal con una vida media plasmática prolongada de 6 días. Presenta menos efectos colaterales en comparación con III. Antecedentes Página 24 la Flutamida®, sin embargo, se asocia a efectos hepatotóxicos cuando se usa en periodos prolongados39. Figura 13 Bicalutamida® Ketoconazol® El Ketoconazol® (Figura 14) es un compuesto no esteroidal que compite por los receptores hormonales, se metaboliza en el hígado y puede ser hepatotóxico, especialmente en dosis elevadas. Los efectos colaterales que se pueden presentar son cólicos abdominales, vómito y náuseas. Está indicado para el carcinoma de próstata y ha demostradomejores resultados en comparación a la Flutamida® debido a que presenta comportamiento característico de los antiandrógenos esteroidales, posiblemente la presencia de abundantes anillos aromáticos y su tamaño faciliten su interacción con el receptor39. Figura 14 Ketoconazol® 3.9.4 Criocirugía La criocirugía utiliza un instrumento para congelar y destruir las células cancerosas de la próstata34. 3.9.5 Quimioterapia Está indicada cuando el cáncer de próstata se ha propagado fuera de la glándula prostática y la terapia hormonal ya no es eficaz para interrumpir el crecimiento de células cancerosas mediante su destrucción o evitando su multiplicación33. Este tratamiento se III. Antecedentes Página 25 basa en el uso de medicamentos antineoplásicos. Pueden administrarse en muchas formas, incluidos comprimidos, inyecciones y a través de una sonda. El medicamento entra al torrente sanguíneo y viaja a través del cuerpo. Los fármacos de la familia de la quimioterapia se caracterizan por tener actividad citotóxica, es decir, son lesivos para las células y por tanto provocarán la muerte de las células cancerígenas pero también en menor grado, de las no cancerígenas40. Dentro de las desventajas de la quimioterapia se encuentra la resistencia a las células cancerosas a los fármacos iniciales, y su falta de selectividad debido a que también afectan a las células sanas4. Un ejemplo de un fármaco usado en quimioterapia es el docetaxel (Taxotere®) (Figura 15). Se comprobó que este fármaco prolonga la vida de los hombres con cáncer prostático resistente a hormonas (HRPC, por sus siglas en inglés)40. Figura 15 Fármaco utilizado para el tratamiento del cáncer prostático 3.10 Reacciones químicas propuestas 3.10.1 Formilación Vilsmeier-Haack De las reacciones de formilación que se encuentran reportadas en la literatura (Reacción de Gatterman, Formilación de Gatterman-Koch, Reacción de Reimer Tiemann y Formilación de Vilsmeier-Haack) se eligió la reacción de Vilsmeiere-Haack en la cual se genera el llamado reactivo de Vilsmeier que es un ion cloroiminio, el cual es un electrófilo III. Antecedentes http://www.aurorahealthcare.org/yourhealth/healthgate/getcontent.asp?URLhealthgate=%22208660.html%22 Página 26 débil producto de la reacción entre una formamida N-disustituida, que en este caso fue la dimetilformamida (DMF) con oxicloruro de fósforo (POCl3), el producto inicial es una sal de iminio de carácter electrofílico que se hidroliza con agua al correspondiente aldehído, en este caso se introduce un grupo formaldehído que se encuentra en la posición C-16 del compuesto 1, y un cloro vinílico, que al estar conjugado con el grupo formilo activa la posición C-17 de tal forma que es posible posteriormente introducir un nuevo sustituyente, en nuestro caso el grupo metoxilo41. 3.10.2 Reacción de adición-eliminación a carbono sp2 Para introducir el grupo metoxilo en C-17 se llevó a cabo una reacción de adición- eliminación a carbono sp2. Lo primero que se realizó fue una adición conjugada al grupo carbonilo del formaldehído ubicado en la posición C-16, en este caso el nucleófilo (grupo metoxilo) ataca la posición β ocasionando mayoritariamente una adición 1,4 en la cual por tautomería ceto-enólica restablece la formación del grupo carbonilo del formaldehído ocasionando al mismo tiempo una eliminación del cloro vinílico ubicado en la posición C- 1742. 3.10.3 Esterificación de Steglich La última reacción que se realizó fue una esterificación de Steglich debido a que es un método conveniente para la esterificación de ácidos carboxílicos con alcoholes bajo condiciones suaves; en nuestro caso se usaron los ácidos propiónico, butírico, pentanoico y hexanoico para obtener el correspondiente éster a partir del 16-formil-17- metoxiandrost-5,16-dien-3β-ol. En la esterificación, la diclohexilcarbodiimida (DCC) desprotona el ácido carboxílico y se forma un intermediario, el ácido carboxílico activado para dar origen a la diciclohexiluréa (DCU) estable y al éster correspondiente; cabe destacar la importancia del papel que desempeña la dimetilaminopiridina (DMAP) debido a que actúa como catalizador nucleofílico de la reacción43. III. Antecedentes Página 27 3.11 Pruebas biológicas 3.11.1 Ensayo de citotoxicidad en líneas celulares cancerosas humanas Con el objetivo de estimar la posible citotoxicidad de los nuevos esteroides sintetizados se realizó un método de tinción celular para determinar la inhibición del crecimiento mediante análisis colorimétrico, que estima indirectamente el número de células tiñendo la proteína celular total con el colorante SRB, dicho método es conocido como “método de tinción con sulforodamina B (SRB)44. El método de tinción con sulforodamina B (SRB) fue desarrollado en el Instituto Nacional de Cáncer de los Estados Unidos, como una alternativa al empleo del método de reducción de MTT bromuro de 3-(4,5-dimeltiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio en el programa de tamizaje in vitropara el descubrimiento de nuevos agentes antineoplásicos44. La sulforodamina B (SRB) es un colorante de aminoxantano, rosado brillante, posee dos grupos sulfónicos -SO3 - cargados negativamente, capaces de unirse electrostáticamente a cationes. En condiciones ácidas (disuelta en ácido acético 1%), la SRB aumenta su afinidad por los aminoácidos básicos de las proteínas, y se fija selectivamente a éstos, proporcionando un índice del contenido de proteína celular si las células son previamente fijadas con ácido tricloroacético (TCA), y después de eliminar el colorante no fijado, el colorante unido a las células viables se extrae con medio alcalino (Solución de Tris pH 10) y se lee la absorbancia a 564 nm44. 3.12 Parámetros fisicoquímicos Con la finalidad de encontrar una relación entre la estructura química y la actividad biológica de los nuevos compuestos sintetizados se determinaron las siguientes propiedades fisicoquímicas: Log P, refractividad molar, polarizabilidad y densidad. III. Antecedentes Página 28 a) LogP El coeficiente de reparto (P) es un parámetro fisicoquímico que permite determinar de modo cuantitativo el grado de lipofilia (también denominado hidrofobicidad) de una molécula, permitiendo inferir cómo se comportará en el entorno de los fluidos biológicos del organismo45. El sistema de referencia que se utiliza para determinar el coeficiente de reparto “LogP” es n-octanol/agua debido a que simula lo mejor posible las condiciones de la interfase entre la membrana celular y el medio extracelular, es económico, de baja toxicidad y baja volatilidad45. Por otra parte, el coeficiente de reparto representa la solubilidad relativa de una sustancia determinada de un sistema compuesto por dos fases inmiscibles entre sí, a una temperatura específica. La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad de disolvente a una temperatura determinada; se refiere a las solubilidades en diferentes medios y varía entre dos extremos: disolventes polares tales como el agua y disolventes no polares, tales como los lípidos. Los nombres hidrofilia o lipofobia aluden a la solubilidad en agua y los de lipofilia o hidrofobia a la correspondiente en los lípidos47. Un valor alto de log P, indica una alta solubilidad del compuesto en las lipoproteínas de la membrana celular con el correspondiente incremento de la actividad biológica5. Actualmente, se ha demostrado que los compuestos que tienen alta probabilidad de ser absorbidos atravesando la membrana celular hasta la unión con el receptor androgénico tienen valores de Log P menores o iguales a 55. III. Antecedentes Página 29 b) Refractividad molar (RM) La refractividad molar (RM) es un descriptor estérico,es una medida del volumen y de la tendencia de una molécula a participar en interacciones de dispersión. Está relacionada con el volumen molar (M/d) y la polarizabilidad de la molécula47: RM = M/d. (n2-1)(n2 +2) n = índice de refracción M = peso molecular d = densidad A mayor RM mayor es el volumen estérico del sustituyente y mayor su tendencia a interactuar a través de fuerzas de London47. Este parámetro también mide el efecto electrónico y puede reflejar interacciones dipolo-dipolo en el sitio receptor47. c) Densidad La densidad es consecuencia de las fuerzas intermoleculares. Su magnitud se puede considerar como una fuerza intermolecular por unidad de volumen de molécula. Así, la densidad de los hidrocarburos aumenta sólo ligeramente al pasar de los alcanos, a los alquenos y alquinos así como también aumenta muy poco con el peso molecular en cualquiera de dichas series homólogas48. d) Polarizabilidad La polarizabilidad es una medida de la facilidad con que se puede distorsionar la densidad de la distribución electrónica en un sistema atómico o molecular48. III. Antecedentes Página 30 IV JUSTIFICACIÓN En la actualidad, existe un padecimiento conocido como hiperplasia prostática benigna (HPB) la cual afecta alrededor del 10% de los hombres mayores de 40 años y un 80% a los hombres de 80 años49. Por otra parte, el cáncer de próstata (CaP) es un problema importante de salud pública a nivel mundial50 y en nuestro país cada año provoca aproximadamente 4000 mil muertes51. Entre los tratamientos más utilizados para este tipo de padecimientos se encuentran el farmacológico, la radioterapia y la castración, sin embargo, al ser el paciente muy renuente a la cirugía y a que estos dos últimos tratamientos conllevan a diversos efectos secundarios, se ha hecho necesaria la búsqueda de nuevas alternativas, siendo una de éstas la generación de nuevas especies químicas que brinden una solución a este padecimiento y que además causen menos efectos secundarios que los fármacos que se encuentran actualmente en el mercado. Partiendo del hecho de que la DHEA es la hormona esteroide más abundante en humanos y a que sus derivados han presentado potencial antiandrógenico en estudios sobre líneas celulares15, la propuesta de esta tesis fue generar una serie homóloga de compuestos derivados de la DHEA con un grupo metoxilo en la posición C-17 y un grupo éster en 3β- quepuedan ser utilizadas para el tratamiento de la HPB y/o el CaP (Figura 16). Página 31 Se eligió realizar compuestos con un grupo éster en la posición 3β- debido a quenuestro grupo de trabajo ha reportado previamente que compuestos con un grupo éster en esta posición tienen efecto en la disminución del peso de la glándula prostática y además han resultado potentes inhibidores de la actividad de la enzima 5α-reductasa. Por otra parte, se eligió introducir un grupo metoxilo en C-17 ya que se sabe que grupos con elevadas densidades electrónicas inhiben efectivamente a la enzima52,53 y también podría presentar algún efecto antagónico hacia el receptor androgénico, ya que al ser un grupo isóstero del grupo hidroxilo que se encuentra de manera natural en la DHT y T, estaría mimetizándolo, y al no ser su sustituyente natural, podría antagonizar al RA4. Figura 16 Serie homóloga propuesta de compuestos a sintetizar IV. Justificación Página 32 V HIPÓTESIS Se espera que las nuevas entidades químicas derivadas de la deshidroepiandrosterona sintetizadas en este trabajo puedan ser utilizadas para el tratamiento de la hiperplasia prostática benigna y/o cáncer de próstata ya sea mediante la inhibición de la enzima 5α- reductasa y/o del receptor androgénico generando un efecto antagónico hacia él. Página 33 VI OBJETIVOS 6.1 Objetivo general: Sintetizar nuevos antiandrógenos esteroidales derivados de la deshidroepiandrosterona que contengan un sustituyente metoxilo en C-17 y un éster alifático en la posición 3β-, con posible potencial terapéutico para el tratamiento de la hiperplasia prostática benigna y/o el cáncer de próstata. 6.2 Objetivos particulares: Sintetizar nuevos compuestos derivados de la deshidroepiandrosterona conteniendo un grupo metoxilo en C-17, así como una serie homóloga de 3β- ésteres alifáticos, (C3-C6). Purificar e identificar por métodos espectroscópicos (infrarrojo y resonancia magnética nuclear de protón (1H-RMN) y carbono (13C-RMN)) y espectrométricos (espectrometría de masas) las estructuras propuestas. Determinar las propiedades físicas de los nuevos esteroides (punto de fusión (p.f) y factor de retención (Rf)). Página 34 Determinar la actividad antiandrogénica de los compuestos esteroidales mediante pruebas in vitro: Ensayo de citotoxicidad en líneas celulares cancerosas humanas de próstata (PC-3), mama (MCF-7) y pulmón (SKLU-1). VI. Objetivos Página 35 VII RUTA SINTÉTICA Figura 17. Ruta de síntesis de los nuevos derivados esteroidales DMF= dimetilformamida; DCC= diciclohexilcarbodiimida; DMAP= dimetilaminopiridina Página 36 VIII DESARROLLO EXPERIMENTAL 8.1 PARTE QUÍMICA 8.1.1 Equipos Los puntos de fusión se determinaron en un aparato Fisher-Johnes y no fueron corregidos. En la evaporación de disolventes así como la destilación de los mismos se utilizó un rotaevaporador marca IKA® modelo RV 10 basic. La espectrofotometría de absorción de infrarrojo (IR) se determinó mediante el equipo Perkin Elmer Spectrum 400, FT-IR/FT-FIR utilizando la técnica de reflectancia 900 MHz por ATR (reflactancia total atenuada). Las unidades se reportan en cm-1. La espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protón (1H-RMN) y de carbono (13C-RMN) se determinaron utilizando los equipos Gemini 300 y VRX-300s, respectivamente, ambos de 400 MHz; como disolvente se empleo cloroformo deuterado Página 37 (CDCl3) y los desplazamientos químicos (δ) están reportados en ppm referidos al tetrametilsilano (TMS). La espectrometría de masas se determinó por la técnica de bombardeo de átomos rápidos (FAB, por sus siglas en inglés) en un espectrómetro de masas Therma-DFS (Double Focus Sector) con un analizador másico de doble sector (magnético y eléctrico, geometría inversa), utilizando una matriz de alcohol m-nitrobencílico que fue irradiada con átomos de cesio a una temperatura menor de 50°C. Las unidades se reportan como la proporción m/z (masa/carga). 8.1.2 Métodos generales de análisis 8.1.2.1 Cromatografía en capa fina (CCF) La pureza de los productos y el avance de la reacción se determinaron por cromatografía en capa fina (CCF) empleando cromatoplacas de gel de sílice (60F 254, Merck®). Se empleó una cámara de luz UV marca Spectroline, modelo CM-10 para revelar las placas y se utilizó como revelador una solución de cloruro de cobalto (CoCl2) al 1% en H2SO4 2N. Los sistemas de elución fueron: Sistema I: Hexano:AcOEt 9:1 Sistema II: Hexano:AcOEt 6:4 8.1.2.2 Cromatografía en columna Para la purificación de los compuestos intermediarios y finales se empleó la cromatografía en columna utilizando como fase estacionaria gel de sílice 60 (Merck®) o Florisil 200 (Aldrich®) y una mezcla de elución adecuada para cada caso. VIII. Desarrollo Experimental Antecedentes Página 38 8.1.3 Síntesis del acetato de 17-cloro-16-formilandrost-5,16-dien-3β-ilo por la reacción de formilación de Vilsmeier-Haack. A un matraz de bola de dos bocas de 50 mL provisto con un agitador magnético, se le adaptó un refrigeranteen posición de reflujo y un embudo de adición con 5.0 mL (52.13 mmol) de oxicloruro de fósforo (POCl3), el matraz se colocó sobre un baño de hielo/agua; se adicionaron los 5 mL de POCl3 y se inició la agitación, posteriormente se adicionaron gota a gota 5 mL (62.75 mmol) de N,N-dimetilformamida (DMF). Por otro lado, se disolvieron 500 mg (1.27 mmol) del 3β-benzoato de la deshidroepiandrosterona en 5 mL de cloroformo (CHCl3) y una vez disueltos se adicionaron gota a gota a la mezcla de reacción. Una vez terminada la adición, se retiró el baño de hielo/agua y la mezcla de reacción se colocó a reflujo con calentamiento a 60ºC bajo atmósfera de nitrógeno durante 5h. Terminado el tiempo de reacción, se diluyó la mezcla de reacción con CHCl3, ésta se adicionó a 300 mL de una solución saturada de bicarbonato de sodio (NaHCO3) y se agitó hasta que terminó la efervescencia (desprendimiento de CO2). Después se realizaron cinco extracciones con cloroformo (CHCl3), enseguida la fase orgánica se lavó dos veces con 150 mL de NaHCO3 y se lavó una vez más con 100 mL de agua destilada, finalmente se secó con sulfato de sodio anhidro (Na2SO4) y se evaporó el disolvente en un rotaevaporador. El producto crudo se purificó en una columna cromatográfica de sílica gel 60 y se eluyó con hexano-AcOEt 99:1 (sistema I), obteniéndose un sólido blanco. VIII. Desarrollo Experimental Antecedentes Página 39 8.1.4 Síntesis del 16-formil-17-metoxiandrost-5,16-dien-3β-ol En un matraz bola de 50 mL provisto con un agitador magnético, se colocaron 200 mg (0.53 mmol) del 3β-acetoxi-17-cloro-16-formil-5,16-androstandieno, enseguida se adicionaron 5 mL (64.84 mmol) de DMF y se agitó durante 30 minutos bajo atmósfera de nitrógeno. Posteriormente se inyectaron gota a gota 1.3 mL (0.65 eq) de MeONa/MeOH y se dejó en agitación constante por 1h, obteniéndose un sólido color crema. El producto crudo se vertió gota a gota en 20 mL de hielo molido bajo agitación constante, se filtró al vacío y se lavó con agua helada. Finalmente se purificó con una columna cromatográfica de Florisil® y se eluyó con hexano-AcOEt 86:14, obteniéndose un sólido blanco. 8.1.5 Síntesis de los 3β-ésteres de 16-formil-17-metoxi-5,16-andostandieno por la reacción de esterificación de Steglich. En un matraz bola de 50 mL se colocaron 166 mg (0.50 mmol) del 16-formil-17- metoxi-5,16-andostandien-3β-ol, 307 mg (2.50 mmol) de DMAP, 622.6 mg (3.0 mmol) de DCCy 3.50 mmol del respectivo ácido carboxílico, cada uno de los reactivos se VIII. Desarrollo Experimental Antecedentes Página 40 adicionó disuelto en la mínima cantidad de CHCl3 posible. La DMAP se mezcló con el ácido correspondiente y se dejó en agitación constante durante 2 minutos, enseguida se adicionó dicha mezcla a la DCC y se agitó constantemente por 2 minutos más para después adicionar la mezcla al matraz de bola que contenía el 16-formil-17-metoxi-5,16- andostandien-3β-ol. Se dejó reaccionar a temperatura ambiente y agitación constante durante 1h, una vez terminado el tiempo de reacción se realizó una cromatoplaca para asegurar que toda la materia prima hubiera reaccionado, y posteriormente se añadieron 20 mL de AcOEt y se dejó en reposo aproximadamente 1h, tiempo en el cual se completó la formación de un precipitado blanco, la diciclohexiluréa (DCU) la cual se eliminó por filtración. Al filtrado se le adicionó el mismo volumen de CHCl3 en un embudo de separación de 1 L y se hicieron 6 lavados con 75 mL de HCl 10% (v/v), posteriormente 2 lavados con una solución saturada de bicarbonato de sodio (NaHCO3) y un lavado con 100 mL de agua destilada para asegurar un pH neutro, el cual fue verificado mediante una tira reactiva. La fase orgánica se secó con sulfato de sodio anhidro (Na2SO4) y se concentró en un rotaevaporador, obteniéndose un sólido color crema. Por último, el compuesto fue purificado por cromatografía en columna de florisil® y se eluyó con hexano-AcOEt 85:15, obteniéndose un sólido blanco. 8.2 PARTE BIOLÓGICA 8.2.1 Material biológico Se utilizaron las líneas cancerosas humanas PC-3, MCF-7, SKLU-1 (próstata, mama y pulmón, respectivamente), las cuales fueron proporcionadas por el Instituto Nacional de Cáncer de los Estados Unidos (NCI). VIII. Desarrollo Experimental Antecedentes Página 41 8.2.2 Sustancias y equipo Medio RPMI-1640: 2 mM L-glutamina, 100 UI/mL penicilina G, 100 µg/mL sulfato de estreptomicina, 0.25 µg/mL de anfotericina B, 1% de aminoácidos no esenciales y enriquecido con 10% de suero fetal bovino. Se utilizó un lector de ELISA marca Bio-Tek Instruments. 8.2.3 Ensayo in vitro: citotoxicidad en líneas cancerosas humanas Los compuestos sintetizados fueron evaluados en 3 líneas cancerosas humanas (PC-3, MCF-7, SKLU-1). Estas determinaciones fueron realizadas por la Dra. María Teresa Obdulia Ramírez Apan (Laboratorio de Pruebas Biológicas LSA del Instituto de Química, UNAM). Dichas células se cultivaron en el medio RPMI-1640 y se incubaron a 37˚C en atmósfera húmeda con 5% de CO2. Posteriormente, se tomaron 100 µL de la línea celular correspondiente, el contenido de células por pozo varió entre 5,000 a 10,000 dependiendo de las líneas celulares y se incubaron por 24 h. Se preparó una solución stock de dimetilsulfóxido (DMSO) de cada compuesto a evaluar, dicha solución se adicionó a cada pozo con las líneas celulares en 100 µl de medio de cultivo, siendo 50 µM la concentración final de cada compuesto y se incubó durante 48 h (plato experimental). Se preparó otro pozo al cual se le adicionó únicamente medio de cultivo y se incubó durante 1 h (plato basal); ambas incubaciones se llevaron a cabo a 37˚C en atmósfera con 5% de CO2 y 100% de humedad relativa. Al finalizar el tiempo de incubación se realizó la fijación in situde los cultivos celulares para lo cual se adicionaron 50 µL de ácido tricloroacético (TCA) 50 % (p/v) frío y se incubó por 60 minutos a 4˚C, se desechó el sobrenadante, se hicieron 5 lavados con agua desionizada y se dejó secar por 24 h. Posteriormente, se realizó el teñido de las células adicionando 100 µL de sulforodamina B (SRB) (0.4 % p/v en 1 % de ácido acético) a cada pozo, y se incubó por 30 minutos a temperatura ambiente; al finalizar dicho tiempo VIII. Desarrollo Experimental Antecedentes Página 42 se procedió a realizar lavados con una solución de ácido acético al 1 % y se dejó secar por 2 h. Las células fijadas se resuspendieron utilizando 10 mM de buffer Tris, pH= 10 bajo agitación durante 5 minutos. Finalmente, se determinó la densidad óptica a 515 nm utilizando un lector de ELISA. 8.3 Determinación de los parámetros fisicoquímicos El cálculo de los siguientes parámetros fisicoquímicos Log P, refractividad molar, polarizabilidad y densidad se realizó con el programa ChemBioDraw Ultra versión 12.0. VIII. Desarrollo Experimental Antecedentes Página 43 IX RESULTADOS La intensidad de las señales características en el IR se identificaron de la siguiente manera (Tabla 3): Símbolo Intensidad de la señal D Débil M Media F Fuerte Tabla 3. Simbología utilizada para las señales de IR. Para la espectroscopía de resonancia magnética nuclear de hidrógeno (RMN-1H) y de carbono (RMN-13C), los desplazamientos químicos (δ) están reportados en partes por millón (ppm) referidos al tetrametilsilano (TMS) para RMN-1H y al CDCl3 para RMN- 13C; las constantes de acoplamiento (J) están dadas en Hertz (Hz). La multiplicidad de las señales y las constantes de acoplamiento se representaron de la siguiente manera (Tabla 4): Símbolo Tipo de señal s Singulete d Doblete m Multiplete J Constante de acoplamiento Tabla 4. Simbología utilizada
Compartir