Evaluación de la actividad antineoplásica de un nuevo análogo del calcitriol

Abstract

El avance logrado en los últimos años en el conocimiento de la biología del cáncer ha permitido el desarrollo de diversas terapias oncológicas. Sin embargo, dada la complejidad de esta patología y la variabilidad de respuestas halladas en los pacientes, es necesario continuar la búsqueda y el desarrollo de terapias dirigidas con el fin de mejorar el pronóstico y la calidad de vida de los pacientes. El calcitriol, la forma activa de la vitamina D3, actúa como una hormona reguladora de la homeostasis fosfocálcica y las investigaciones desarrolladas en las últimas tres décadas avalan su potencial uso como agente antineoplásico en la prevención y tratamiento de varios tipos de cáncer. Si bien algunos ensayos clínicos realizados a la fecha han aportado resultados alentadores, en la mayoría de los casos se han evidenciado efectos colaterales, como hipercalcemia, a las dosis necesarias para lograr una respuesta antitumoral efectiva. Tales razones han llevado al diseño y síntesis de análogos del calcitriol con el objeto de hallar compuestos que conserven o superen su actividad antitumoral y carezcan de los efectos hipercalcemiantes. En este trabajo de tesis nos propusimos evaluar las propiedades antitumorales y calcemiantes de un nuevo análogo del calcitriol de tipo gemini que hemos diseñado y sintetizado en colaboración con un laboratorio de Química Orgánica. Demostramos que el nuevo análogo, denominado UVB1, posee efectos antineoplásicos en varias líneas celulares de cáncer. Específicamente, el UVB1 redujo la viabilidad celular mediante un mecanismo de acción que es dependiente del tipo tumoral en cuestión, es decir, el análogo ejerció acciones anti-proliferativas en células de carcinoma celular escamoso de cabeza y cuello y pro-apoptóticas en células de carcinoma colorrectal (CCR). Además, el análogo exhibió propiedades anti-metastásicas, al disminuir la capacidad migratoria e invasiva de líneas tumorales modulando la actividad de metaloproteasas implicadas en estos procesos celulares. También, el UVB1 presentó características pro-diferenciantes al aumentar la expresión de E-cadherina en células tumorales mamarias y de CCR. En relación a estos efectos antitumorales, comenzamos a evaluar los mecanismos moleculares implicados. Posteriormente, realizamos ensayos in vivo en distintos modelos animales de cáncer, lográndose reproducir los efectos antitumorales del UVB1 obtenidos en células de CCR en el modelo animal correspondiente. La importante inhibición del crecimiento tumoral en los animales tratados con el análogo fue resultado de la inducción de apoptosis, aumento de la expresión de E-cadherina y disminución de la expresión nuclear de β-catenina. En relación a la actividad calcemiante, el análogo no provocó hipercalcemia a las dosis y tiempos evaluados, ni tampoco detectamos signos de toxicidad como disminución del peso corporal de los ratones, cambios en el hematocrito o en la histología de los órganos. Por último, dado que el calcitriol y sus análogos ejercen la mayoría de sus efectos antitumorales a través de su receptor VDR, se realizaron estudios computacionales que permitieron predecir que el UVB1 es capaz de unirse con gran afinidad al receptor VDR, sugiriendo su participación en las acciones biológicas demostradas por el análogo. Los resultados obtenidos en esta tesis aportan evidencia que indica que este nuevo compuesto podría ser, solo o en combinación con otros tratamientos, un posible agente terapéutico contra el cáncer.

In recent years, progress in the knowledge of cancer biology has allowed the development of various oncology therapies. However, owing to the complexity of this pathology and the variability of responses found in cancer patients, it is necessary to continue the search and development of targeted drugs in order to improve the prognosis and quality of life of patients. The active form of vitamin D3, calcitriol, acts as a hormone that regulates phospho-calcium homeostasis, and the research over the last three decades supports its potential use in the prevention and treatment of various types of cancer. So far, some clinical trials have provided encouraging results; however, at the doses necessary to achieve an effective antitumor response, side effects, such as hypercalcemia, occur in most cases. To prevent this particular undesirable effect, our research has focused on the design and synthesis of calcitriol analogs in order to obtain compounds that retain or even increase the antitumor activity but preclude the hypercalcemic effects. In this thesis we have aimed to evaluate the antitumor properties and the calcemic activity of a new gemini calcitriol analog that we have designed and synthesized in collaboration with a laboratory of Organic Chemistry. We demonstrate that the new analog, called UVB1, has antineoplastic effects on several cancer cell lines. In particular, UVB1 reduced cell viability by a mechanism of action that depends on the tumor type; specifically the analog exerted anti-proliferative actions on head and neck squamous cell carcinoma cells and pro-apoptotic effects on colorectal carcinoma (CRC) cells. In addition, the analog exhibited anti-metastatic properties by decreasing the migratory and invasive capacity of tumor cell lines and modulating the activity of metalloproteinases involved in these cellular processes. Also, UVB1 exhibited pro-differentiating features by increasing E-cadherin expression in tumor mammary and CRC cells. In relation to these antitumor effects, we began to evaluate the molecular mechanisms involved. We subsequently performed in vivo assays using different animal models of cancer, and the UVB1 antitumor effects obtained in CRC cells were successfully reproduced in the corresponding animal model. The significant inhibition of tumor growth in animals treated with the analog was a consequence of the induction of apoptosis, increase in E-cadherin expression, and decrease in nuclear β-catenin expression. In regard to calcemic activity, the analog showed lack of hypercalcemia at the doses and times evaluated, and no toxic effects, such as loss of body weight, changes in the hematocrit and in the histology of the organs of mice were observed. Finally, since calcitriol and its analogs exert their antitumor effects through their receptor VDR, we carried on computational studies that allowed us to predict that UVB1 is able to bind to VDR with high affinity, suggesting its participation in the biological actions demonstrated by the analog. The results obtained in this thesis provide evidence that this new compound could be, alone or in combination with other treatments, a potential therapeutic agent against cancer.