panacea.pl

:: Wyciśnięte z cisa...
Panacea Nr 3 (44), lipiec - wrzesień 2013, strony: 18-19
Artykuł dodany przez: admin (2013-07-01 14:40:41)


Wyciśnięte
z cisa...
Część druga

Cis Taxus to stare drzewo, które pojawiło się na Ziemi 400 milionów lat temu. Dziś występuje głównie na Półkuli Północnej, gdzie jest chronione. Właściwości trujące uczyniły z cisa drzewo demoniczne i magiczne. Jego toksyczność znana była już starożytnym. Jednak trujące właściwości cisa nie przeszkodziły mu wejść do ludowej apteki zielarskiej. W XVIII w. zwrócono uwagę na właściwości przeciwreumatyczne i przeciwmalaryczne, także wpływ na serce. W XIX w. cis znajdował się w niektórych farmakopeach jako lek przeciwko astmie i zapaleniu płuc.

Naturalny lek na raka
Izolacja paklitakselu z kory cisa Taxus brevifolia nastąpiła po raz pierwszy na początku lat 70. minionego wieku w Stanach Zjednoczonych. Ten naukowy sukces był wynikiem zespołowej pracy badaczy, opartej na nowoczesnej strategii prowadzenia badań naukowych, wspieranych przez instytucje i środki państwowe. Tu podmiotem wiodącym był Instytut Rakowy USA – National Cancer Institute (NCI).
Te badania są dobrym przykładem racjonalnego i efektywnego podejścia do pracy naukowej nad lekiem naturalnym (roślinnym), której wyniki mają wymierne zastosowanie w terapii.
Wyodrębnienie nowego alkaloidu, o złożonej strukturze chemicznej, przeprowadzone na podstawie badań aktywności biologicznej (bioassay) pokazało, że natura – zwłaszcza świat roślin – kryje jeszcze wiele potencjalnych, cennych leków.

Sukces i problem
Paklitaksel stał się lekiem powszechnie stosowanym w terapii wielu typów nowotworów, co spowodowało rosnące na niego zapotrzebowanie. Na przeszkodzie w otrzymywaniu dużych ilości tego cennego alkaloidu stanęła jednak sama natura. Taxus brevifolia jest najwydajniejszym źródłem paklitakselu, ale nie zawiera go zbyt wiele. Jego zawartość w korze cisa to około 100-150 mg/kg. Aby wyprodukować kilogram paklitakselu tą metodą, trzeba by poświęcić około 3 tysięcy drzew! Taka ilość stanowić może lek dla 500 pacjentów. Za samą próbę ratowania jednego ludzkiego życia trzeba poświęcić sześć dorodnych drzew. Tymczasem cisy rosną bardzo wolno, a w naturze jest ich niewiele, ponieważ – ze względu na cenne właściwości cisowego drewna (a także ze względu na wierzenia związane z tym drzewem), cieszyły się przez wieki szczególnym zainteresowaniem drwali. O mało nie doprowadziło to do zagłady gatunku. Tymczasem okazał się on źródłem cennych substancji leczniczych – choć trudnych do pozyskania na większą skalę.
W tej sytuacji zainteresowanie naukowców przeniosło się na alternatywne sposoby pozyskiwania paklitakselu. Ze względu na skomplikowaną strukturę i stereochemię (11 centrów chiralnych) tego związku, synteza totalna jest złożonym procesem, z niską wydajnością. Mimo że podjęto próby otrzymania paklitakselu tą drogą, w najkrótszej procedurze prowadziło do celu aż 37 syntez, przy wydajności procesu sięgającej 4-5%. Trzeba było szukać jeszcze innej metody otrzymywania najcenniejszego związku z cisa.
Efektywniejszą, w stosunku do trudnej i nieefektywnej syntezy, jawiła się produkcja biotechnologiczna. Do bioprodukcji paklitakselu starano się wykorzystać kultury komórkowe różnych przedstawicieli gatunków, należących do rodzaju Taxus. Niestety, wydajność tej metody też była niska.

Rozwiązanie w igłach
Po wielu nieefektywnych próbach, naukowcy znów sięgnęli do zasobów natury. Okazało się, że igły cisa kryją związek o podobnej strukturze, mający identyczne grupy funkcyjne i charakteryzujący się odpowiednią stereochemią. Na dodatek 10-DAB III (10-deacetylobakatyna III) występuje w gałązkach cisa w stosunkowo dużej ilości i dość łatwo ją pozyskać (wydajność = 1 g z kilograma suchych igieł). Obecnie produkcja paklitakselu odbywa się przez półsyntezę, której najważniejszym substratem jest 10-DAB III.

Polskie badania
nad izolacją związków aktywnych w różnych gatunkach cisa – metodami analitycznymi, pozwalającymi na określenie ilości i rodzaju cisowych alkaloidów – przyniosły również wyniki.
Zajmowały się nimi ośrodki naukowe z Gdańska, Warszawy i Lublina. Lubelska część badań prowadzona była w Katedrze i Zakładzie Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych lubelskiego Uniwersytety Medycznego. Szczególne zainteresowanie tymi badaniami wykazał młody wówczas naukowiec Michał Hajnos, wnuk prof. Andrzeja Waksmundzkiego, wybitnego specjalisty w zakresie chemii fizycznej i chromatografii. Zaowocowało ono szeroko zakrojonymi badaniami – izolacji aktywnych farmakologicznie taksoidów oraz ich analizą ilościową i jakościową w różnych gatunkach cisów. Efektem prac była obroniona z wyróżnieniem (2003) dysertacja Analiza i izolacja taksoidów z różnych gatunków cisa.
Wyniki badań pokazały, że warunki przygotowania surowca mają wpływ na zawartość taksoidów. Stwierdzono różnicę zawartości związków aktywnych (pochodnych taksanu) w surowcu świeżym, suszonym i liofilizowanym. Przechowywanie surowca powoduje rozkład cennych taksoidów w materiale roślinnym.
Najwyższą wydajność ekstrakcji alkaloidów cisa z materiału roślinnego uzyskano, stosując wyczerpującą ekstrakcję ciśnieniową (ASE) metanolem w temperaturze 130°C, w czasie 10-15 minut.
Wykazano, że metoda ekstrakcji do fazy stałej (SPE) na tlenku glinu jest przydatną do oddzielenia frakcji zawierającej paklitaksel od balastów polarnych i niepolarnych. Ta sama metoda, wykorzystująca żel krzemionkowy, z zastosowaniem eluentów wodnych, pozwala na oczyszczenie ekstraktu z cisa z balastowych substancji niepolarnych. Stwierdzono przydatność sorbentów typu RP (RP-8, RP-2) do oczyszczania surowych ekstraktów z cisa. Ujawniono duże różnice w zawartości taksoidów w różnych gatunkach i odmianach rodzaju Taxus. Zauważono dużą zmienność zawartości taksoidów w obrębie tych samych gatunków, w zależności od okresu wegetacyjnego, siedliska i stanowiska cisa. Wykazano, że od jesieni do wiosny następuje zmiana zawartości taksoidów – z maksimum w miesiącach zimowych.
Świetną metodą – analityczną i preparatywną, sprawdzoną na przykładzie innych substancji naturalnych pochodzenia roślinnego – okazała się ogólnie pojęta chromatografia. Układy chromatograficzne, stosowane w skali analitycznej (żel krzemionkowy, tlenek glinu), zostały zastosowane do kolumnowej chromatografii preparatywnej. Uzyskano przez to frakcje wzbogacone w taksoidy.
Chromatografia preparatywna cienkowarstwowa, w układach normalnych i odwróconych, pozwoliła wyizolować czyste taksoidy (10-DAB III, TAX 1) oraz mieszaniny cefalomaniny i paklitakselu.
Niestety, te wielce obiecujące badania nad cisem przerwała w kwietniu 2010 r. tragiczna śmierć dr. Michała Hajnosa. O ich wartości świadczy fakt, że publikacje naukowe, prezentujące wyniki badań nad cisowymi gałązkami, ukazywały się po śmierci badacza. Ostatnia z nich w tym roku.

prof. dr hab. Kazimierz Głowniak
dr n. farm. Krystyna Skalicka-Woźniak
mgr farm. Jarosław Widelski

Prof. dr hab. Kazimierz Głowniak jest od 1992 kierownikiem Katedry Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych UM w Lublinie. Autor ponad 150 oryginalnych prac twórczych i przeglądowych, wpółautor kilku książek z zakresu fitochemii. Współtworzył obowiązującą obecnie Farmakopeę. Członek naukowych towarzystw fitochemicznych o zasięgu ogólnopolskim i międzynarodowym.

Dr n. farm. Krystyna Skalicka-Woźniak ukończyła Wydział Farmaceutyczny AM w Lublinie (2002). Tego samego roku dołączyła do zespołu naukowego Katedry Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych.

Mgr farm. Jarosław Widelski ukończył Wydział Farmaceutyczny AM w Lublinie (2000). Jest pracownikiem Katedry Farmakognozji z Pracownią Roślin Leczniczych UM w Lublinie.

Piśmiennictwo:
Banerjee S., Upadhyay N., Kukreja A.K., Ahuja P.S., Kumar S., Saha G.C., Sharma R.P., Chattopadhyay S.K. Taxanes from in vitro cultures of the Himalayan yew Taxus wallichiana. Planta Medica, vol. 62, issue 4, (1996), s. 329-31; Borman S. Total synthesis of anticancer agent taxol achieved by two different routes. C&EN 1994, s. 32-34; Christen A.A., Bland J., Gibson D.M. Cell culture as a means to produce taxol. Proc. Am. Assoc. Cancer Res., vol. 30, (1989), s. 2252; Furmanowa M., Kropczyńska D., Zobel A., Głowniak K., Olędzka H., Józefowicz J., Sahajdak A., Józefczyk A. Influence of water extracts from the surface of two yew (Taxus) species on mites (Tetranychus urticae). Journal Appl. Toxicol. vol. 22 (2002), s. 107-109; Hajnos M.Ł. Analiza i izolacja toksoidów z różnych gatunków cisa. Rozprawa doktorska, AM Lublin 2003; Kacprzak K. Ekstaza i udręka, czyli o chemii taksolu (The story of taxol: ecstasy and torment). „Wiadomości Chemiczne”, vol. 52, issue 11-12, (1998), s. 843-70. Kolmünzer S. Farmakognozja, wyd. V. PZWL, Wwa 1998.




adres tego artykułu: http://www.panacea.pl/articles.php?id=4406