Composti del platino
antitumorali
Complessi del Platino(II) con attività antitumorale
cis-diclorodiamminoplatino
(cDDP)
Cl
H3 N
trans-diclorodiamminoplatino
(tDDP)
Cl
H3 N
Pt
Pt
Cl
H3 N
Cisplatino
Cl
NH3
Transplatino
Aspetti fondamentali della chimica del platino
•Metallo nobile, poco abbondante (0,015 ppm) sulla crosta terrestre
caratterizzato da elevata inerzia (si scioglie in acqua regia).
•È l’ultimo elemento del gruppo 10 (Ni, Pd, Pt) a configurazione
elettronica: [Xe]4f145d96s1
•Nello stato Pt(0) reagisce con F2 e con Cl2 secondo la reazione:
Pt + nX 2 ⎯
⎯→ PtX 2n
•Gli stati di ossidazione più importanti in soluzione acquosa (e
perciò in ambienti biologici) sono II (d8) e IV (d6).
Aspetti fondamentali della chimica del platino
•Nello stato Pt(II) si presenta come metallo “soft” e principalmente
forma complessi planari quadrati.
•I complessi planari quadrati del Pt(II), generalmente molto stabili,
possono dare luogo a reazioni di sostituzione nucleofila.
•Nello stato Pt(IV) è meno “soft” e forma principalmente complessi
ottaedrici.
•I complessi del Pt(IV) possono essere facilmente ridotti a complessi
del Pt(II).
Elevata densità
elettronica sulle
posizioni assiali
Pt
Reattività nei complessi del Pt(II)
In mezzi acquosi (matrice biologica), la reazione più caratteristica dei
complessi del Pt(II) è la sostituzione nucleofila.
Le caratteristiche essenziali di questo processo sono:
• Un legante uscente viene sostituito da un legante entrante.
• Il legante entrante mantiene la stessa posizione relativa del legante uscente.
• La regiochimica è derminata dalla proprietà leganti sia del gruppo uscente sia
del legante in trans rispetto ad esso (effetto trans)
Lo ione tetracloroplatino [PtCl4]2- è il complesso più importante per la chimica
in soluzione acquosa del Pt(II).
I sostituzione
[PtCl 4 ]2− + L ⎯
⎯→[PtCl 3 L]− + Cl −
II sostituzione
[PtCl 3 L]− + L ⎯
⎯→ cis-[PtCl 2 L2 ] / trans-[PtCl 2 L2 ] + Cl −
Effetto trans
Dallo studio della cinetica dei processi di sostituzione al Pt(II) si è trovato
che la tendenza di un legante ad essere sostituito è influenzata dalla natura
del legante che si trova in trans rispetto ad esso:
X
L2
Pt
Y
L1
L1 ha un effetto sulla velocità di
sostituzione di L2 ( e viceversa)
X ha un effetto sulla velocità di
sostituzione di Y ( e viceversa)
L’effetto trans è dovuto alla capacità di un legante di indebolire il legame del
legante in trans con Pt.
I leganti possono essere ordinati in base a questa capacità :
F– < OH– < H2O < NH3 ≈ py < Cl– < Br– < I– < CH3– < H– < CO
Es:
Cl
Pt
OH2
OC
Cl
Cl
NH3
OC
Pt
Cl
Cl
NH3
NH3
Pt
NH3
OC
Cl
H3N
NH3
OC
Pt
Cl
H2O
Cl-
La reazione di [PtCl4]2– due equivalenti di NH3 porta alla formazione di
cDDP e non di tDDP perché il Cl– ha maggiore influenza trans del NH3
Cl
Cl
Pt
Cl
Cl
Cl
NH3
Pt
Cl
2
Cl
NH3
NH3
Cl
Pt
NH3
Cl
Cl
H3N
NH3
Pt
Cl
Cl
Cl-
Cl-
Per la sintesi di tDDP si deve partire da un substrato diverso:
H3N
Pt
H3N
H3N
H3N
Pt
NH3
NH3
NH3
Cl
2
Cl-
H3N
Pt
H3N
-
Cl
Cl
H3N
Pt
NH3
Cl
NH3
Cl
NH3
NH3
Sintesi del cisplatino
Il cisplatino viene comunemente sintetizzato mediante il metodo di
Dhara:
Sostituzione nucleofila in complessi planari quadrati
La sostituzione nucleofila sul Pt(II) può avvenire in base a uno dei due meccanismi
seguenti:
Meccanismo “interchange”
Meccanismo dissociativo
E
L
N
L
N
M
M
M
L
N
M
M
TS
N
M
L
L
N
M
M
RA
PA
R. C.
Il meccanismo associativo non può avvenire perché, a causa della elevata densità
elettronica sulle posizioni assiali, i complessi penta coordinati del Pt(II) sono
instabili.
Modello di sostituzione nucleofila: DDP aquation
TS
RA
PA
2.47
2.80
2.42
2.04
3.64
3.95
2.95
3.90
2.45
2.46
2.11
3.73
Scoperta dell’attività citotossica del DDP
(1969) B. Rosenberg e coll studiavano l’effetto di campi elettrici e magnetici
sulle fasi del ciclo cellulare ( in particolare sulla mitosi)
La crescita batterica veniva alterata se la coltura era sottoposta ad un campo
elettrico
Scoperta dell’attività citotossica del DDP
Ben presto si capì che non erano i campi applicati ad alterare la crescita
cellulare, ma la formazione di composti derivati dalla degradazione degli
elettrodi (fatti di platino).
Dopo alcuni anni si riuscì ad attribuire al DDP la capacità di alterare il DNA
batterico (provocando alterazioni nel normale decorso della mitosi).
Cl
H3 N
Pt
H3 N
Cl
H3 N
Pt
Cl
Cl
NH3
Dei due isomeri, solo il cDDP, cisplatino, possiede una significativa attività
citotossica. L’isomero trans, trasnplatino, ha una scarsa attività citotossica.
Citotossicità del cisplatino
•
Il cisplatino lega selettivamente il DNA
•
La formazione degli addotti c-DDP-DNA non è diretta perchè il cisplatino reagisce
prima dando luogo ad idrolisi (aquation):
[Pt(NH3)2Cl2]
•
+H2O
-Cl-
[Pt(NH3)2ClH2O]+
+H2O
[Pt(NH3)2(H2O)2]2+
-Cl-
La “platinazione” del DNA è un processo a più stadi che coinvolge principalmente le
basi puriniche:
-n
-n+1
B1
+ [Pt(NH3)2ClH2O]+
B2
(1)
- H2O
(2)
Pt(NH3)2Cl + H2O
B2
Pt(NH3)2Cl
B2
-n+2
-n+1
B1
B1
- Cl
B1
Pt(NH3)2H2O
-
B2
(3)
- H2O
-n+2
B1
Pt(NH3)2
B2
•
La reazione fra cisplatino e DNA porta tipicamente alla formazione di addotti
bifunzionali, in cui due basi azotate coordinano il centro metallico.
•
L’atomo di azoto in posizione 7 della guanina è il sito di platinazione più
importante.
N7
O
N
HN
H2N
N
N
H
N7
NH2
N
N
N
N
H
Modello teorico della platinazione della guanina
TS
RA
PA
2.38
2.50
4.57
3.80
Principali addotti cDDP-DNA
NH 2
G
Pt
NH 3
G
G
NH 3
Pt
NH 3
Cl
monofunctional adduct
G
G
1,2-intrastrand cross-linking
G
NH 3
G
Pt
NH 3
Pt
NH 3
H 3N
1,3-intrastrand cross-linking
interstrand cross-linking
•
La formazione degli addotti 1,2-G,G-intrastrand provoca distorsioni geometriche della
doppia elica che alterano I processi fisiologici di trascrizione e replicazione.
•
Bending (piegamento) e unwinding (disavvolgimento) sono le aberrazioni principali
DNA normale
DNA platinato
Bending
Unwinding
Sito di platinazione
•
Studi più recenti hanno dimostrato che gli addotti 1,2-G,G-intrastrand sono citotossici
perchè inducono l’apoptosi.
•
Questi addotti cDDP-DNA vengono riconosciuti dalla proteina HMG che, a sua volta, è
in grado di indurre segnali cellulari pro-apoptotici.
Relazioni struttura/attività “classiche”
Le relazioni struttura/attività sono state studiate analizzando sistematicamente l’effetto
sull’attività citotossica di complessi del Pt(II) ottenuti mediante modifiche della
struttura lead del cDDP.
Queste realzioni si possono dedurre facilmente osservando che l’attività terapeutica è
dovuta alla formazione di addotti bifunzionali Pt-DNA del tipo 1,2-G,G-intrastrand.
R1
NH
La geometria di coordinazione deve essere cis.
•
I due leganti amminici sono detti “carrier” perchè
non vengono sostituiti in vivo.
•
La ammine carrier devono avere almeno un
legame NH (Îammine terziarie non sono adatte)
•
Nelle restanti posizioni devono trovarsi leganti
labili (facilmente sostituibili dai target endogeni).
R2
NH
R1
•
Pt
X
R2
X
•
Sia le ammine carriers che i leganti labili possono essere chelanti bidentati.
•
I complessi del Pt(II) con chelanti bidentati come leganti labili tendono essere meno
reattivi. In particolare, idrolizzandosi più lentamente, sono meno tossici e più
tollerati (es. Il carboplatino può essere somministrato a pazienti pediatrici).
O
H3N
O
H2
N
Pt
H3N
O
O
O
O
Pt
O
O
Carboplatino
N
H2
Ossaliplatino
Sviluppi recenti
L’efficacia dei chemioterapici a base di Pt(II) ha stimolato la ricerca di complessi sempre
più attivi e terapeuticamente efficienti.
In particolare:
•
Miglior rapporto potenza/tossicità
Î
aumento della selettività
•
Migliore “compliance”
Î
somministrazione orale
•
Riduzione dei meccanismi di resistenza
Î
nuovi meccanismi di azione
Complessi del Pt(IV) precursori di
cDDP somministrabili per via orale
H
N
OH
Cl
Complessi del Pt(II) trans con
attività citotossica
N
Pt
N
H
Pt
Cl
OH
Iproplatino
Cl
Cl
N