Redalyc.Hidróxidos dobles laminares: arcillas sintéticas ...
NUEVOS LIPIDOS PARA FORTALECER LIPOSOMAS A …respyn2.uanl.mx/especiales/2010/ee-01-2010/... ·...
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UTSA Chemistry George R. Negrete, Ph.D. Departamento de Química La Universidad de Texas en San Antonio Monterrey, México Septiembre 2009 Nuevos Lípidos Para Fortalecer Liposomas a Condiciones Ácidas
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UTSA Chemistry
George R. Negrete, Ph.D.Departamento de QuímicaLa Universidad de Texas en
San Antonio
Monterrey, MéxicoSeptiembre 2009
Nuevos Lípidos Para FortalecerLiposomas a Condiciones Ácidas
UTSA Chemistry
PESADILLAS DE SU SERVIDOR
LaExperimento...
LaVes’culo...
Pido desculpes con anticipación a Cervantes, Fuentes, Garcia-Marquez…
UTSA Chemistry
NUEVOS NUEVOS LLííPIDOSPIDOS DERIVADOS DE ASPARAGINADERIVADOS DE ASPARAGINA
O
O
P
O=COC=O
O-OO
+(H3C)3N
Región Hidrofílica
DiEstearoilFosfatidilColino(DSPC)
CadenasHidrofóbicas
Carga- +
0
GrupoPO4
-, SO4-, CO2
-
NR4+
PC, amino ácido, azucar
HNN
R
O
R'O
CO2-M
HNN
OO
CO2-M
ALA11,17
C11H23 C17H35
AnálogosLípidos deAsparagina
UTSA Chemistry
ESTRUCTURA LIPLIPííDICADICA Y AUTO-ENSAMBLAGE
cono micelas
liposomasbicapa lipídica
Forma lipídica Organización Auto-ensamblaje Ejemplo
JabónDetergentesLisofosfolípidos
DSPCSfingomielinaFosfatídilinositol
cilindro
superficie curvada
cono invertido curva invertida micelas invertidas
FostatidiletanoaminaAcido fosfatídicoCardiolipina
UTSA Chemistry
MEDICAMENTOS LIPOSOMALESCáncer: Doxorubicin, Daunorubicin, Cytarabine,
Cis-platinum, Duanorubicin, Lurtotecan, Paclitaxel, Docetaxel, Vincristine,
Dolor: MorphineAntimicróbio: Nystatin, Amphotericin B,
Administración Oral: 0
Pr uevas Clínicas de l I nst it ut o Naciona l de S a lud (NI H) Liposomas: 392 Liposomas por administ r ación or a l: 0
UTSA Chemistry
Boca y Esófago: pH = 6.8Estómago: pH = 1-3
sitio de desnaturalización de las macromoléculas biológicasIntestino delgado: pH = 8.5
catabolismo, absorpción al torrente sanguíneo, transportador activode amino ácidos, péptidos, vitaminas, glucosa
EnfoquesAditivos anfifílicos
ColesterolLípidos PEG (“liposomas stealth”)Cubrimiento de péptidos o polímeros cargados
Bicapa entrecruzadalípidos olefínicos, polimerización radical
Estabilización ácida de liposomas: MAYOR OBSTÁCULO por vía oral!!
NANOCAPSULAS PARA ADMINISTRACIÓN ORAL
UTSA ChemistryNANOCAPSULAS PARA ADMINISTRACIÓN ORAL
Ogawa, et al., Lipids, 1999, 34, 387-394
NHO
HNO
NH
O
HO2C OHN
OSer-Tyr-Ser
G l uMet
Jiang et al., Bioorg. Med. Chem. Lett.2002, 12,
O+M-O3PO
ONHR'
O
OH
OHO
HONH
OH
O
O
C10H21
O
C10H21O
C10H21
OO
C10H21
C10H21
O
HO
C10H21
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Han, Lipids, 1997, 32, 769.
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Yokoyama, Tetrahedron Lett. 1995, 36, 4901
HASHIZUME,J. Controlled Rel. 2007, 118, 1
SiOO-
OSiO
OH
UTSA ChemistryLAYERSOMES PARA ESTABILIZAR LIPOSOMAS
Ciobanu, Internat. J. Pharm. 2007, 344, 154Lee, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15096 (poiiacrilato)
Liposoma
poliglicina
poliglutámico
polilisine
NH
O
HN
HN
NH
O-O2C
O=CNH
O
HN
+H3N
O
carga negativa
neutral
carga postiva
UTSA Chemistry
SSííNTESISNTESIS DEDE ALAALAnn,,mm
HN
NH
O
RO
OMH2N
H2N
O
O
OMRCHO CH3OH
R'COCl2,6-Lutidine/
THF
HN
N
O
R
R'O
OM
O
ALAn,m
Asparaginate R = CnH2n+1 R' = CmH2m+1
Cmpda
ALA5,5ALA5,11ALA11,5ALA11,11ALA11,17ALA17,11ALA17,17
RC5H11C5H11C11H23C11H23C11H23C17H35C17H35
Rnto(%)b
91788274816780
R'C5H11C11H23C5H11C11H23C17H35C11H23C17H35
589
23[α]
aM = H. bDos balones. cEn CH3OH. dNo desuelve en CH3OH
-72.7-62.5-62.3 -44.6 -37.8 -42.0
- d
c
Concluciones: 1) preparaciones eficientes en un paso 2) un solo estereoisomero
UTSA Chemistry
HNN
OO
CO2MO
O
P
O=COC=O
O-OO
+R3N
FORMACIÓN DE LIPOSOMAS
Extruci—nPel’culafina
Vesículas MultiLaminares
Liposomas
H2O
UTSA ChemistryVML MICROSCOPÍA de ALTA RESOLUCIÓN
todo ALA inhibe la agregación a 10 mol%
precencia de ALA influye morfología
UTSA ChemistryVML MICROSCOPíA ELECTRÓNICA
25% ALA11,17/DSPCpromueve la formaciónde NANOESFERAS
UTSA ChemistryMICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO Y
DISPERSIÓN DINÁMICA DE LUZ
3x Extruciones (100 nm pores)
LIPOSOMAS!!- 100 nm
10% ALA11,17
UTSA Chemistry
TURBIDEZ vs pH
liposomasHN
NO
O
CO2MO
O
P
O=COC=O
O-OO
MeN+
titulaciónde ácido
absorbancia (400 nm)normalizada
Composición de ALA11,17 <10%: inestable 10%: estable! >10%: estable y agregación dependiente en pH
UTSA ChemistryINTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Agregación ocurrecuando la superficie delos liposomasno lleva ninguna carga
O
O
P
C=OO
O=C
-O OO
NR3+
O
O
P
C=OO
O=C
-O OO
NR3+
Carga = 0 Carga - +0.1
H+
pH = 7.4 pH = 3
H+
Carga = -1 Carga - 0 Carga - +0.5
HNN
OO
CO2H
HNN
OO
CO2Na
HNN
OO
CO2H O
O
P
C=OO
O=C
-O OO
NR3+pH < 2:
H+H+
UTSA Chemistry
DEGRADACION DE LIPOSOMAS CON TIEMPO
HNN
OO
CO2MO
O
P
O=COC=O
O-OO
+R3N
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0 200 400 600 800 1000 1200
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
N o r m a l i z e d A b s o r b a n c e
Time (minutes)
pH 7.4
5 mol% ALA11,17DSPC
10 mol% ALA11,17
DSPC 10 mol%ALA11,17
pH 1.7absorbancia
(400 nm)normalizada
absorbancia (400 nm)
normalizada
0 200 400 600 800 1000 12000.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
N o r m a l i z e d A b s o r b a n c e
Time (minutes)
10 mol% ALA11,17/DSPC
DSPC
pH 1.9
UTSA Chemistry
OO
P
O=C
O
C=O
O-
O ONR3
+
Torchilin, Volkmar, Liposomes: A Practical Approach, Oxford U Press, 2003
ESTABILIDAD DE LIPOSOMAS (DSPC)
Colorante +pH = 7.4
H+or
inestableestableliposomas
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pH 7 .06 pH 6 .87 pH 6 .61 pH 6 .36 pH 5 .96
pH 4 .51 pH 4 .35 pH 3 .24 pH 2 .86 pH 2 .44
pH 2 .31 pH 2 .21 pH 2 .15 pH 2 .07 pH 2 .02
pH 2 .01 pH 1 .96 pH 1 .90 pH 1 .86 pH 1 .71
ABSORBANCIA VERSUS AMPLITUDE DE ONDA
Degradación rápidabajo condicionesácidas
UTSA ChemistryESTABILIDAD DE LIPOSOMAS FORMADOS
CON 10% ALA11,17
HNN
OO
CO2MO
O
P
O=COC=O
O-OO
+R3N
Colorante +pH = 7.4
H+or
inestableestableliposomas
INTERPRETACION: liposomas con 10% ALA11,17 mantienen su integridad hasta pH 2
UTSA ChemistryESTABILIDAD DE LIPOSOMAS CON ALAm,n
pH 7.04 pH 6.90 pH 6.63 pH 6.35 pH 5.98
pH 4.55 pH 4.36 pH 3.25 pH 2.88 pH 2.55
pH 2.34 pH 2.22 pH 2.14 pH 2.09 pH 1.95
pH 1.89 pH 1.84 pH 1.77 pH 1.73 pH 1.70
pH 7.04 pH 6.90 pH 6.63 pH 6.35 pH 5.98
pH 4.55 pH 4.36 pH 3.25 pH 2.88 pH 2.55
pH 2.34 pH 2.22 pH 2.14 pH 2.09 pH 1.95
pH 1.89 pH 1.84 pH 1.77 pH 1.73 pH 1.70
10 mol% ALA11,17/DSPC
HNN
R
O
R'O
CO2M
ALA17,17ALA11,17ALA17,11ALA11,11ALA11,5ALA5,11ALA5,5
O
O
P
O=COC=O
O-OO
+R3NColorante +
pH = 7.4
H+or
inestableestableliposomas
pH 7.4 pH7.26 pH 7.10 pH 6.91 pH 6.72pH 6.52 pH 6.32 pH 6.07 pH 5.95 pH 5.64pH 5.33 pH 4.98 pH 4.48 pH 3.91 pH 3.56pH 3.28 pH 3.09 pH 2.85 pH 2.69 pH 2.58pH 2.32 pH 2.15 pH 2.04 pH 1.85 pH 1.73
10 mol% ALA11,11/DSPC
pH 7.4 pH 7.02 pH 6.71 pH 6.42 pH 6.06pH 4.86 pH 3.55 pH 3.06 pH 2.79 pH 2.59
pH 2.43 pH 2.12 pH 1.99 pH 1.88 pH 1.72
10 mol% ALA5,11/DSPC
OBSERVACIī N Estabilidad requiere C11 por amobos lados
INTERPRETACIī N: cadenas peque–as se escapan de la bicapa en bajo pH
UTSA Chemistry
DEGRADACIÓN DE LIPOSOMAS DE DSPC
Agregación de vesiculas
pH = 7.4
Desasemblia y reformulación
pH = 1.92
pH 7 .06 pH 6 .87 pH 6 .61 pH 6 .36 pH 5 .96
pH 4 .51 pH 4 .35 pH 3 .24 pH 2 .86 pH 2 .44
pH 2 .31 pH 2 .21 pH 2 .15 pH 2 .07 pH 2 .02
pH 2 .01 pH 1 .96 pH 1 .90 pH 1 .86 pH 1 .71
pH 7 .06 pH 6 .87 pH 6 .61 pH 6 .36 pH 5 .96
pH 4 .51 pH 4 .35 pH 3 .24 pH 2 .86 pH 2 .44
pH 2 .31 pH 2 .21 pH 2 .15 pH 2 .07 pH 2 .02
pH 2 .01 pH 1 .96 pH 1 .90 pH 1 .86 pH 1 .71
UTSA ChemistryESTABILIDAD DE LIPOSOMAS CON 25% ALA11,17
pH = 7.4
Disagregación
Agregación
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pH 7.04 pH 6.90 pH 6.63 pH 6.35 pH 5.98
pH 4.55 pH 4.36 pH 3.25 pH 2.88 pH 2.55
pH 2.34 pH 2.22 pH 2.14 pH 2.09 pH 1.95
pH 1.89 pH 1.84 pH 1.77 pH 1.73 pH 1.70
Espectra UVvis en Diferentes pH
A B S O R B A N C I ALONGITUD DE ONDA (nm)
pH = 3.4
pH = 1.9
Liposomas
UTSA ChemistryORIGEN DE LA ESTABILISACIÓN
Grupo hidrofílicode ALA ocupa espacio libre, aumentandointeraccionesatractivas
HNN
OO
CO2M O
O
P
C=OO
O=C
O- OO
NMe3+
Interacciones electrónicas contribuyen a la estabilidad de la superficie
UTSA ChemistryCONCLUCIONES
Nuevos Lípidos fueron preparados de AsnLiposomas con ALAm,n
Investigaciónes de estabilidad Turbidimetría, UV/Vis, SEMPropiedades de liposomes con ALAm,n
Inhibe agregación > 10 mol%Estabilidad hasta pH = 1.9Estabilidad requiere m,n ≥ 11
¡INTERESANTES PARA LA TRANSPORTACIÓN DE FÁRMACOS!
UTSA ChemistryESTUDIOS EN PROCESO Y PLANEADOS
• Síntesis de otros lípidos
XNO O
HN
ONH
conectadorCadenas hidrofóbicasAmino ácido
Dirigiente a tejido
• Estudios biológicos (toxicidad, transportación de fármacos)
• Descargo controlado de fármacos• Localización de liposomas a
tejidos dirijidos
UTSA ChemistryNEGRETE LAB RESEARCH
Química Verde
Energía Solar
Química Medicinal
Lípidos y LiposomasXNO O
HN
ONH
RO
OR
J. Org. Chem. 2008, 73, 6378
HN
N
O
t-Bu CO2H
O
HN
N
O
t-Bu CO2M
O * *
DIC/DMAP/1-naphthol
NaOH/waterCH2=CHCOClHCl
L-Asn+
t-BuCHO
1 2
13
2'
i, ii, iiiv.
3A/3B: R = H4A/4B: R = 1-naphthyl
vi. HCl/O OR RO O
2'S 2'R
major minor
2'i.ii.iii.
²+
iv. MX
STc+3N S
S-ArRadioImaging
N
NN
HN ArR-O
R'-OCancer
N NSCH3
NH
NHNO2
Psychotherapeutics
XNA
C
B
O
Y
Lipopeptides
UTSA Chemistry
Mar
k Pe
nick
Ade
lphe
Mfu
h
Mah
esh
Kris
han
Mat
t Mah
inda
ratn
eH
arle
y D
rape
r
Geo
rge
Neg
rete
Mar
lizLu
na
Bob
Lyl
e
Mag
aly
Salin
as
Mar
itza
Qui
nter
o
Srila
xmiK
aram
bala
Rob
ert G
utie
rrez
Terr
y Sm
ith NuestroGroupo
Fondos:NIH SCORE
Colaboradores:Beth GoinsAndy BaoBill Phillips(UTHSCSA)
Miguel Jose Yacaman (UTSA)
UTSA Chemistry
HISTORIA Y TRAIYECTORIA
1969198020052011
Fundadación de UTSAMaestría en QuímicaDoctorado en QuímicaPrograma en Química Medicinal
Futuro:Aumentar el numero de estudiates predoctoradosEnfoque en productos naturales para él descubrimiento de medicinasIntercambios con México y América Latina
UTSA ChemistryAREAS DE ENFOQUE
•Analítica• Steven Bach• Carlos García• Waldemar Gorski
•Bioquímica• Harry Jarrett• Donald Kurtz Jr.
•Inorgánica• Banglin Chen• Donald Kurtz Jr.• Ghezai Musie• Judith Walmsley
•Física• Steven Bach• Carlos García• Orkid Coskuner-Weber• Raymond Sadeghi
•Orgánica• Doug Frantz• Hyunsoo Han• George Negrete• Cong-Gui Zhao
•Biosensores
•Metaloproteínas•ADN
•Materiales•Materiales•Ensimas
•Computaciones•Instrumentación
•Síntesis asimétrica•Energía•Medicina
UTSA Chemistry
San Antonio es parte de América Latina
¡Están invitados a la frontera del Norte!
GEOGRAFÍA Y DEMOGRAFÍA
UTSA Chemistry
1. Torchilin, V.P. “Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers” Nature Revs/Drug Disc. 2005, 4, 145–160.
2. Drummond, D.C.; Kirpotin, D.; Benz, C.C.; Park, J.W.; Hong, K. “Liposomal drug delivery systems for cancer therapy”Drug Delivery Systems in Cancer Therapy 2004, 191–213.
3. Ulrich, A.S. “Biophysical Aspects of Using Liposomes as Delivery Vehicles” Bioscience Reports 2002, 22–31.4. Andresen, T.L.; Jensen S.S.; Jørgensen, K. “Advanced strategies in liposomal cancer therapy: Problems and
prospects of active and tumor specific drug release” Prog. Lipid Res. 2005, 44, 68–97.5. Egilmez, N.K. “Advances in drug delivery systems in cancer therapy” Drug Delivery Report 2005, 28–31.6. Mahindaratne, M.P.D.; Quines, B.A.; Recio III, A.; Rodriguez, E.A.; Lakner, F.J.; Negrete, G.R. “Concentration,
Temperature, and Salt Effects on an Auxiliary-Mediated, Aqueous Diels-Alder Reaction” Tetrahedron 2005, 61, 9495–9501.
7. Lakner, F.J.; Negrete, G.R. “New and Convenient Chiral Auxiliary for Asymmetric Diels-Alder Cycloadditions in Environmentally Benign Solvents” Synlett 2002, 643–645.
8. DeFrees, S.A.; Phillips, L.; Guo, L.; Zalipsky, S. “Ligand-attached ligand insertion into liposome” J. Am. Chem. Soc.1996, 118, 6101–6104.
9. Leserman, L.D.; Barbet, J.; Kourilsky, F. “Liposome labeling via surface attachment” Nature 1980, 288, 602–604.10. Rivnay, B.; Bayer, E.A.; Wilchek, M. "Use of avidin-biotin technology for liposome targeting" Methods Enzymol. 1987,
149, 119–123.11. Stephenson, S.M.; Low, P.S.; Lee, R.J. “Folate receptor-mediated targeting of liposomal drugs to cancer cells”
Methods Enzymol. 2004, 387 (Liposomes, Part D), 33–50.12. Gyongyossy-Issa, M.I.C.; Muller, W.; Devine, D.V. “The covalent coupling of Arg-Gly-Asp-containing peptides to
liposomes: purification and biochemical function of the lipopeptide” Arch. Biochem. Biophys. 1998, 353, 101–108.13. Hassane, F.S.; Frisch, B.; Schuber, F. “Targeted liposomes: convenient coupling of ligands to preformed vesicles
using ‘click chemistry’” Bioconjugate Chem. 2006, 17, 849–854.14. Lasic, D.D.; Papahadjopoulos, D. In Medical Applications of Liposomes, Elsevier: Amsterdam, The Netherlands,
1998.15. Larquin, P.F. “Entrapment of plasmid DNA by liposomes and their interactions with plant protoplasts” Nucleic Acid
Res. 1979, 6, 3773–3784.16. Law, B.A.; King, J.S. “Use of liposomes for proteinase addition to Cheddar cheese” J. Dairy Res. 1991, 52, 183–188.
REFERENCES
UTSA Chemistry
RMN 1H DE ALA11,17: DOS CONFORMACIONES
HNN
O
O
CO2-M
HNN
O
O
CO2-M
