Estudios de citotoxicidad, localización celular e interacción con biomacromoléculas de metalofármacos anticancerígenos

Abstract

Esta Tesis se enmarca dentro de la búsqueda de metalofármacos contra el cáncer que sean más efectivos y selectivos que los actualmente empleados en quimioterapia. Se ha investigado la capacidad citotóxica y el mecanismo de acción de compuestos de oro, rutenio, iridio y platino frente a una amplia gama de células cancerígenas (MDA-MB-231, SK-BR-3, MCF-7, ELA, A2780, A2780cis, 5637, A427, LCLC-103H, SISO, HT-29). Los resultados se confrontaban con estudios análogos obtenidos frente a células no neoplásicas (LLC-PK1, BGM y EA.hy926), para establecer el grado de selectividad de estos compuestos, y frente a los realizados con el cisplatino (quimioterapia clásica), en este caso con el fin de determinar la mejora en la potencialidad y especificidad de los nuevos fármacos. Asimismo, se ha caracterizado la acción de un compuesto de platino encapsulado en nanopartículas de seda, comparándola con la efectividad del mismo compuesto no encapsulado. La actividad de los compuestos de oro(I) con ligandos derivados de la metilurea frente a líneas celulares de cáncer de mama y de ovario se estudiaron en el Capítulo 4 de la Tesis. Estos compuestos presentaban intensa actividad anticancerígena, en especial frente a la línea celular de ovario, con valores de IC50 en el rango submicromolar. Los compuestos generaban apoptosis, activando la caspasa-3, presentaban propiedades antiangiogénicas y se acumulaban preferentemente en el núcleo celular, a diferencia de la mayoría de metalofármacos de oro(I) conocidos, que lo hacen en las mitocondrias. Los compuestos semi-sándwich de Ru(II) e Ir(III) basados en ligandos C^N tipo 2-fenilbenzimidazol así como compuestos heterolépticos de Ir(III) luminiscentes bis C^N-ciclometalados se caracterizaron en el Capítulo 5. Todos los compuestos resultaron ser más citotóxicos que el CDDP respecto a las líneas de cáncer estudiadas, en particular aquellos que tenían presente un grupo fenilo adicional. Todos los complejos semi-sándwich de Ru(II) eran más citotóxicos que sus análogos de Ir(III). Se estudió, más específicamente, la distribución y el modo de acción de un compuesto de Ru(II) y se ideó un nuevo proceso de fraccionamiento, aplicado a este compuesto, para determinar con un alto grado de pureza y precisión la cantidad de complejo acumulado en cada orgánulo celular. Los compuestos heterolépticos de Ir(III) C^N-ciclometalados se localizaban fundamentalmente en la corteza de actina. En el Capítulo 6 se estudiaron compuestos de platino(II) no convencionales con ligandos ciclometalados basados en arilmetanaminas. Algunos de estos compuestos también fueron extraordinariamente citotóxicos frente a células cancerígenas de ovario, con valores submicromolares de IC50. En todos los casos los resultados de resistencia y de selectividad fueron mejores que los mostrados por el cisplatino. Todos los compuestos presentaban propiedades antiangiogénicas y algunos de ellos inhibían la polimerización de la tubulina. En un caso específico también se caracterizó la capacidad antiangiogénica in vivo mediante un ensayo sobre la membrana corioalantoidea del embrión de pollo. Por último, en el Capítulo 7 se investigó el efecto citotóxico de un profármaco de platino(IV) encapsulado en nanopartículas de fibroína. Las nanopartículas cargadas con dicho profármaco resultaron ser extremadamente citotóxicas, con valores de IC50 incluso en el rango de nanomolar y, en general, con valores submicromolares. Es decir, incrementaban en más de un orden de magnitud o varios la efectividad del fármaco. Cabe resaltar que el profármaco encapsulado era bastante menos citotóxico frente a la línea celular renal no tumorigénica estudiada. The frame of the present Thesis is the search of metallodrugs against the cancer that are more effective and selective than those used in chemotherapy nowadays. The cytotoxicity and the mechanism of action for gold, ruthenium, iridium and platinum compounds have been researched against a broad panel cancer cell lines (MDA-MB-231, SK-BR-3, MCF-7, ELA, A2780, A2780cis, 5637, A427, LCLC-103H, SISO, HT-29). In order to elucidate the selectivity of the compounds, the results were confront to analogous studies performed against non-tumorigenic cells (LLC-PK1, BGM y EA.hy926). Cisplatin assays (conventional chemotherapy) were also performed in all cases to determine the improvement in the potentiality and the specificity of the new drugs. Likewise, the action of a new platinum compound encapsulated in silk nanoparticles has been characterized. This has been compared with the effectiveness of the isolated (not capsulated) compound. The Chapter 4 of the Thesis describes the activity of gold(I) compounds with ligands derived from methylurea against breast and ovarian cancer cell lines. These metallodrugs presented a high anticancer activity; specially against the ovarian cell line, with IC50 values in the submicromolar range. The compounds generated apoptosis, by activating caspasa-3. They also showed antiangiogenic properties and were preferentially accumulated in the cell nucleus, contrary to most of gold(I) known drugs, that are found in the mitochondria. Ruthenium(II) and iridium(III) half-sandwich compounds based in C^N 2-phenylbenzimidazole ligands as well as Ir(III) heteroleptic bis C^N-cyclometalated compounds, highly luminescent, were characterized in the Chapter 5. All compounds were more cytotoxic than CDDP in respect to the studied cancer cell lines, particularly those with an additional phenyl group. All half-sandwich Ru(II) compounds were more cytotoxic than their analougous Ir(III) ones. The distribution and the way of action of a Ru(II) drug was specifically more deeply investigated. In fact, in order to determine the quantity of the complex accumulated in each cell organelle with a high degree of purity and accurately, a new selection process, specifically applied to this Ru(II) compound, was conceived. The Ir(III) heteroleptic bis C^N-cyclemethylated compounds were mainly localized in the actin cortex. Non-classical platinum(II) with cyclometalated ligands based in arylmethanamines were studied in the Chapter 6. Some of these compounds were extraordinarily cytotoxic against ovarian cells, with submicromolar IC50 values. For all cases, the resistance and selectivity values were better than those found in the case of cisplatin. All metallodrugs showed antiangiogenic properties, some of the inhibiting tubulin polymerization. The antiangiogenic ability of a singular compound was also characterized in vivo by applying an assay on the chicken embryo chorioallantoic membrane. Finally, the cytotoxic effect of a platinum(IV) prodrug encapsulated in silk fibroin nanoparticles was described in the Chapter 7. The charged nanoparticles resulted to be extremely cytotoxic, with IC50 values even as low as nanomolar against some specific cell lines, and, in general, in the submicromolar range. In other words, the nanoparticles increased more than one order, or even several orders, of magnitude the cytotoxic potential of the prodrug. It is interesting to remark that the encapsulated prodrug was less cytotoxic against the non-tumorigenic studied cell line.