Charakterisierung eines neuen hydrolytisch aktivierbaren Prodrugs von Etoposid und seine Wirksamkeit bei Multidrug Resistenz und beim Neuroblastom

Abstract

Effektive Chemotherapie maligner Entartungen ist begrenzt durch geringen Antitumoreffekt, Toxizität und Induktion von Resistenzmechanismen. In dieser Arbeit wurde die Hypothese untersucht, daß ein hydrolytisch aktivierbares Prodrug von Etoposid (VP-16) diese Probleme umgehen kann. Zu diesem Zweck wurde VP-16 durch zwei unterschiedliche hydrolytisch abspaltbare Carbonat- Seitengruppen funktionell blockiert und somit zwei neue Prodrugs von Etoposid hergestellt (ProVP-16 I und II). Diese Arbeit befasst sich vorwiegend mit der in vitro Charakterisierung von ProVP-16 I und schließt mit ergänzenden in vivo-Untersuchungen mit ProVP-16 II ab. ProVP-16 I zeigte eine bis zu 3 Zehnerpotenzen gesteigerte Effektivität in vitro im Vergleich zur Ausgangssubstanz VP-16 vor allem auf MDR-1-exprimierenden Zellen. Auch auf einer von uns neu etablierten MDR-1-expremierenden T-Zell-Leukämiezellinie MOVP-3 konnte die überlegene Wirkung von ProVP-16 I bestätigt werden. Untersuchungen des molekularen Wirkungsmechanismus ergaben eine durch ProVP-16 I hervorgerufene G2M-Phasen-Synchronisierung in Zellzyklusanalysen im Gegensatz zur Muttersubstanz VP-16, die sowohl in resistenten als auch in nicht-resistenten Zellen festzustellen war. Darüber hinaus konnte der durch P-gp hervorgerufene Substratefflux durch ProVP-16 I blockiert werden. Aufgrund der besseren Wasserlöslichkeit und keiner fundamentalen Unterschiede zwischen ProVP-16 I und II in vitro wurde zunächst ProVP-16 II in vivo untersucht. Hier ergab sich eine 3-fach niedrigere Toxizität des Prodrugs in vivo im Vergleich zu VP-16. Abschließend konnte in einem nicht-resistenten Maus-Neuroblastom- Modell gezeigt werden, daß mit ProVP-16 II auch bei Einsatz nur eines Drittels der maximal tolerierten Dosis (MTD) die gleichen Antitumor-Effekte auf die Lebermetastasierung erzielt werden konnten wie mit VP-16 bei Einsatz der vollen MTD. Zusammenfassend bewiesen die hydrolytischen Prodrugs von Etoposid eine neue vielversprechende Möglichkeit, maligne Erkrankungen wirksam zu behandeln. Dieses hydrolytisch aktivierte Prodrug-Prinzip läßt sich möglicherweise auch auf andere Chemotherapeutika ausdehnen.

Effective chemotherapy of different malignancies with established cytotoxic drugs may be limited by poor antitumor efficacy, systemic toxicity and the induction of drug resistance. Here, we provide the first evidence, that hydrolytically activated prodrugs may overcome these problems. For this purpose, VP16 was functionally blocked by hydrolytically cleavable carbonate linkers with unique characteristics to generate 2 novel prodrugs of VP16. This work concentrates on the in-vitro-characterization of ProVP-16 I including in vivo studys of ProVP-16 II. First, we established a more than 3-log higher efficacy of ProVP-16 I compared to VP16 on a panel of naturally drug-resistant tumor cell lines. Second, ProVP-16 I did overcome VP16-induced multidrug resistance-1 gene (MDR-1) mediated multidrug resistance in vitro in a newly established VP16-resistant T-cell leukemia cell line MOVP-3 by functionally blocking MDR-1 mediated efflux. Third, in vivo studies showed a maximum tolerated dose of ProVP16-II (> 45mg/kg), which was at least 3-fold higher compared to VP16 (15 mg/kg). Tests of ProVP-16 II in a syngeneic NXS2 neuroblastoma model indicated that mice treated with this prodrug at 1/3 of the MTD was as effective as VP-16 parental compound used at the MTD in suppression of tumor growth. In summary, the hydrolytically activated etoposide prodrugs are a highly promising new strategy for the treatment of different malignancies.