Agentes alquilantes em quimioterapia

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Agentes Alquilantes em 
Quimioterapia 
Fármacos que actuam no DNA 
25 de Novembro de 2013 
Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas 
Química Farmacêutica Orgânica 
Fármacos que actuam no DNA 
 Breves noções sobre cancro e quimioterapia 
 Classificação dos agentes quimioterápicos 
 Agentes alquilantes em quimioterapia 
 Mostardas de azoto 
 Profármacos de mostardas de azoto 
 Síntese de Mostardas de azoto 
 QSAR das mostardas de azoto 
 ADEPT e outras abordagens 
 Outros agentes alquilantes 
Breves noções sobre cancro e quimioterapia 
Químicos 
Radiação 
Vírus 
Mutação Genética 
● Proliferação incontrolada 
● Invasão de tecidos adjacentes 
facilitada 
● Angiogénese 
● Menos especializadas levando 
 à perda de funções e consequente 
 morte do tecido invadido 
Breves noções sobre cancro e quimioterapia 
Quimioterapia 
 
Uso de substâncias químicas que afectam o 
crescimento celular no tratamento de tumores 
 
 A maioria dos agentes antitumorais 
 actua de forma não específica 
 
Ocorre dano nas células cancerosas assim como de 
células normais de crescimento rápido. 
Ex: Células gastrointestinais, capilares e do sistema 
 imunitário 
Classificação dos agentes quimioterápicos 
Calabresi e Chabner 
Classificação dos agentes quimioterápicos 
Classificação dos agentes quimioterápicos 
Fármacos que actuam em etápas especificas do ciclo celular 
•Fármacos ciclo-celular específicos 
 
Fármacos que actuam em qualquer fase mesmo na fase de repouso G0 
•Fármacos ciclo-celular não específicos 
Classificação dos agentes quimioterápicos 
Agentes alquilantes em quimioterapia 
 Os agentes quimioterápicos mais antigos e 
de elevada utilização 
 
 Do tipo ciclo-celular não específicos 
 
 Afectam directamente o DNA 
 
 
 
 
 
Mostardas de azoto 
Nitrosouréias 
Triazenos 
Derivados de hidrazina 
Ésteres metanossulfónicos 
 (Alquilssulfonatos) 
Agentes alquilantes em quimioterapia 
Os agentes alquilantes são quimicamente reactivos que 
 
podem gerar espécies electrofílicas, as quais podem 
 
formar ligações covalentes com uma variedade de 
 
grupos nucleofílicos biológicamente importantes, como 
 
grupos amino (NH2), hidroxilo (OH), carboxilo 
 
(COOH), mercapto (SH) e fosfato (PO3H2) de 
 
enzimas, outras proteínas e ácidos nucleicos ARN e 
 
ADN. 
 
Agentes alquilantes em quimioterapia 
+R - X R - Nu + X
.. ..
Substrato Nucleófilo Produto de
substituição
nucleofílica
Grupo abandonante
Grupo saínte
Nucleófogo
Nu
X
Nu
+ + X-
Nu + +
..
Saida do grupo sainte 
Formação do carbocatião
Ataque do nucleófilo
ao carbocatião
A reacção envolvida na alquilação é uma Substituição Nucleofilica: 
Mostardas 
Cl
Cl
Cl
N
Gás mostarda 
S
Cl
Cl
1945 
CH3N(CH2CH2Cl)2 
Mustina 
1946, 1963 c 
N(CH2CH2Cl)3 
1948 
Goodman & Gilman 
tris(2-chloroetil)amina bis(2-chloroetil)metilamina 
S(CH2CH2Cl)2 
1,1-tiobis(2-chloroetano) 
Mostarda de enxofre 
Mostardas de azoto 
Cl
N
Cl
Mostardas de azoto 
Mecanismo da reacção de substituição 
N
Cl
+
..
N
Cl
Nu
..
Cl
N
Cl
..
N
Cl
+
Nu
..
Nu
..
N
Cl
+
N
Cl
+
..
carbocatião ião 
aziridinio 
● É uma reacção não específica 
● É uma reacção irreversível em condições biológicas 
● Pode ocorrer dupla alquilação Agentes alquilantes bifuncionais 
Mostardas de azoto 
Acção alquilante via reacções tipo SN 
N-7 guanina, 
N-3 adenina, 
N-1 adenina, 
N-1 citosina, 
O-6 guanina 
DNA os sítios mais reactivos são: 
 o mais importante 
  
Mostardas de azoto 
C
H
2
CH
2
+
N
C
H
2
C
H
2
Cl
R
Mostarda
N
N
NH
NH
2
O
R
N
7
Guanina
N
N
NH
NH
2
O
R
N
C
H
2
CH
2
N
C
H
2
C
H
2
Cl
R
7
N
N
NH
NH
2
O
R
N
C
H
2
CH
2
N
C
H
2
H
2
C
R
7
+
N
N
NH
NH
2
O
R
N
C
H
2
CH
2
N
N
N N
NH
O
R
NH
2
C
H
2
H
2
C
R
++
+
o u tra G u a n in a
+
Ligação cruzada 
Ligação cruzada com o DNA 
Mostardas de azoto 
Ligação cruzada entre as duas cadeias 
paralelas de DNA impedem a sua 
separação, passo essencial no processo 
de divisão celular. 
Efeitos biológicos doas agentes alquilantes 
 Efeito citostático (baixa dosagem) mitose celular é 
 diminuída 
 
Efeito mutagénico (dosagem média) dá-se a divisão celular 
mas as células filhas estão alteradas com possível 
desenvolvimento de propriedades carcinogénicas 
 
Efeito citotóxico (alta dosagem) as células são 
irreparavelmente danificadas e morrem. 
Mostardas de azoto 
Reactividade das mostardas 
A reactividade química depende da facilidade de saída 
do grupo X (normalmente átomo de halogénio – cloro ) 
da molécula. 
A ligação do azoto a um anel aromático permite obter 
compostos menos reactivos do que os análogos alifáticos. 
A reacção é facilitada pela capacidade electrodoadora do átomo 
de azoto. 
R N
X
X
Mostardas de azoto 
R N
Cl
Cl
Alifáticas 
Muito reactivas 
Pouco selectivas 
Aromáticas 
Menos reactivas 
Mais selectivas 
N
Cl
Cl
Y
1ª usada clinicamente: Y=H (N,N-bis-(2-cloroetil)anilina) 
Haddow & Ross 
Mostardas de azoto 
N
Cl
Cl
Y
N
Cl
Cl
OH
São mais reactivas se 
Y=grupo activador do anel 
N
Cl
Cl
NH
2
Mostardas de azoto 
Cl
N
Cl
NH
2
Cl
N
Cl
NH
2
OH
N
OHO
Cl
N
Cl
ON
OTs
N
OTs
2 x
150º, 20h
1) Cl-OTs/Py
2) H2O
CaCl2/
C2H5OCH2OH
HCl, H2O
 / NaNO2H2 / Pd
Síntese 
Mostardas de azoto 
Melhorar a selectividade 
Aumentar o número de variáveis que 
afectam a actividade do fármaco 
 
Danelli, 1952 
Estratégias: 
 
Diferenças na reactividade química e propriedades físicas (solubilidade, 
polaridade) dos fármacos 
 
Diferenças entre células normais e malignas (pH, níveis de enzimas, etc.) 
 
Ligação de estruturas (a.a. ex:fenilalanina, carbohidratos, péptidos, 
nucleótidos ex:uracilo e esteróides): 
 
  melhorar o seu transporte 
  inactivar o componente tóxico 
Mostardas de azoto 
 menor pH 
 
 antigenes associados 
 
 maior % de [K] 
 
 maior % de água 
 
 menor % de [Ca] 
 
 níveis elevados de enzimas 
 
 maior número de radicais livres 
 
 maior % de nucleótidos metilados 
Células malignas 
Mostardas de azoto 
Cl
N
Cl
OH
O
Clorambucilo 
Cl
N
Cl
NH
2
OH
O
Melphalan 
mostarda de fenilalanina(L) 
NH
N
H
Cl
N
ClO
O
Mostarda de uracilo 
OH
CH
3
O
Cl
N
Cl
O
Estramustina 
Cl
N
Cl
H
N+
Mostarda derivada de 9 - aminoacridina 
intercalante do ADN 
 monoaducto (efeito genotóxico) 
 ligação cruzada (efeito citotóxico) 
Profármacos de mostardas 
Cl
N
Cl
NH
2
Cl
N
Cl
N
O
H
Cl
N
Cl
N
H
O
O
Profármaco 
Enzima activa 
in vivo 
Fármaco 
Diminuição da toxicidade 
Aumento da biodisponibilidade 
Hidrólise, redução e oxidação 
Acilarilamidase 
N,N-bis(2-choroetil)-4-amino-anilina 
ou mostarda fenilenodiamina 
Ross, 1950 
Cl
N
Cl
NH
2
Hidrolase 
- CO2 
Profármacos de mostardas 
Cl
N
Cl
N
N
Cl
N
Cl
O
2
N
Cl
N
Cl
NH
2
nitro 
azo 
redução 
Bioactivação selectiva 
Estratégia: 
tumores sólidos  pouco vascularizado  baixa concentração 
de oxigénio  capacidade redutora aumentada 
azoredutase nitroredutase 
ADEPT e outras abordagens 
 Mostardas de azoto em Quimioterapia 
 
Cronologia: 
 
. Mostardas de azoto alifáticas (1946) 
 
. Mostardas de azoto aromáticas (1948) 
 
. Profármacos de mostardas de azoto aromáticas (1952) 
 
. ADT (Antibody Directed Therapy) (1983) 
 
. ADEPT (Antibody Directed Enzime Prodrug Therapy) (1987) 
 
ADEPT e outras abordagens 
ADT 
(Antibody Directed Therapy) 
O Fármaco é ligado a um anticorpo 
e dirigido ao respectivo antigene 
da célula tumoral. 
 
 
Problema: 
 
Heterogenidade na distribuição dos 
antigenes nas células tumorais 
com consequente baixa retenção de 
droga. 
ADEPT 
ADEPT 
(Antibody Directed Enzyme Prodrug Therapy) 
Colocar o enzima no localespecífico do tumor 
através da administração do complexo enzima-
anticorpo. 
 
O enzima ligado ao anticorpo é dirigido ao 
respectivo antigene da célula tumoral permitindo a 
localização selectiva do enzima. 
 
Administrar o Profármaco e conversão no Fármaco. 
 
O Profármaco é convertido no Fármaco activo, 
somente no local específico do tumor, pela acção do 
enzima que aí se encontra. 
 
O restante Profármaco é eliminado intacto não 
provocando toxicidade. 
ADEPT 
 1986, Searle et al. 
 1º Complexo conjugado enzima – anticorpo 
 
 Agente antitumoral contra linhas de células in vitro 
 do carcinoma do colon (tumor sólido). 
 enzima: carboxipeptidase G2 (metaloenzima de zinco) 
 isolada da bactéria Pseudomonas sp. 
ADEPT 
1988, Bagshawe et al. 
 
1ª Combinação do conjugado enzima – anticorpo com uma 
prodroga para activar um agente alquilante – uma 
mostarda. 
 
Activação do profármaco por hidrólise da ligação amida 
com libertação de ácido glutâmico e o agente alquilante. 
ADEPT 
OH
O
Xb
N
Xa
N
H
O
HOOC
OSO
2
CH
3
N
Cl
O
OH
C a rb o x ip e p t id a s e G 2
OH
O
NH
2
HOOC
+
Xa = Cl, Xb = OSO2CH3
Xa = Xb = Cl
Xa = Xb = OSO2CH3
1991, Bagshawe et al. 
1º Sucesso clínico no tratamento do carcinoma do cólon 
Á c id o g lu t â m ic o M o s t a r d a d e á c id o b e n z o ic o
Activação do profármaco por 
hidrólise da ligação amida 
com libertação de ácido 
glutâmico e o agente 
alquilante. 
ADEPT 
Vantagens: 
 Elevada especificidade. 
 Reduzida toxicidade 
 Utilização de uma maior variedade de Profármacos 
 Maior variedade de enzimas de origem não 
mamífera disponíveis para a conversão em droga 
Estabilidade do Profármaco in vivo (pequena molécula 
altamente difusível através do tumor). 
 
Farmacocinética do profármaco. 
 
Diferença de toxicidade entre o Profármaco e o 
Fármaco. 
 
Toxicidade do Fármaco. 
Sucesso 
depende 
ADEPT 
Sucesso 
depende 
(cont.) 
Grau de selectividade do tumor para o complexo 
enzima–anticorpo. 
 
Velocidade da conversão enzimática 
ProfármacoFármaco. 
 
Farmacocinética do complexo enzima–anticorpo 
 
Boa distribuição e retenção do complexo enzima–
anticorpo no tumor e sua eliminação dos tecidos 
normais. 
 
Concentração do enzima endógeno livre não conjugado. 
QSAR 
Relações quantitativas de estrutura-actividade 
X
N
X
Y
● Normalmente a reactividade química (velocidade de 
hidrólise, velocidade de alquilação de um padrão) 
correlaciona com a actividade biológica (toxicidade 
LD50, actividade antitumoral ED90) 
 
● in vivo há factores adicionais como transporte e 
metabolismo da droga, e reparação do ADN 
 
● A reactividade é dependente das propriedades 
electrónicas de Y e do carácter de grupo sainte de X 
QSAR 
Relações quantitativas de estrutura-actividade 
 
● Tumores sólidos  mostardas mais lipofílicas 
 Exº: N,N-bis (2-cloroetilo) grupo muito lipofílico 
 
● Tumores líquidos (leucemias)  mostardas mais hidrofílicas 
 
● O grupo Cl embora não seja o melhor grupo sainte (metóxi 
OSO2CH3 é melhor) é o mais solúvel e o mais sensível aos 
efeitos electrónicos do substituinte 
 
● ADEPT requer mostardas muito sensíveis a efeito 
electrónicos do substituinte Y 
 
X
N
X
Y
Outros agentes alquilantes 
Nitrosouréias 
Necessitam de biotransformação 
não enzimática para gerar o agente 
alquilante 
Altamente lipofílicas com 
aplicabilidade em tumores 
cerebrais 
Outros agentes alquilantes 
Derivados de Triazenos 
Inicialmente considerado antimetabólito 
 
Funciona como alquilante do DNA 
 
Necessita N-desmetilação prévia pelo P-450 
 
Na célula alvo ocorre clivagem espontânea que 
gera o agente alquilante – diazometano 
Outros agentes alquilantes 
Alquilssulfonatos Complexos de coordenação de platina 
Alcalóides 
Outros agentes quimioterápicos 
Análogo do ácido fólico, inibe competitivamente a dihidrofolato 
reductase, enzima que reduz o ciclo dihidrofólico-tetrahidrofólico 
no processo de síntese do DNA e replicação celular. 
 
Antimetabolito 
Outros agentes quimioterápicos 
Alcalóides de vinca 
Inibidor mitótico, actuando por complexação com a tubulina, 
uma subunidade protéica dos microtúbulos que formam o fuso mitótico. 
 
A formação do complexo Sulfato de Vincristina-Tubulina previne 
a polimerização da subunidade de tubulina, dentro dos microtúbulos, 
e induz a despolimerização dos microtúbulos resultando, assim, 
na interferência da montagem destes e interrompendo a divisão celular 
na metáfase. 
Taxol 
Éster alcalóide do 
Teixo ocidental e Teixo europeu