Descubrimiento y desarrollo de inhibidores de tubulina

Los inhibidores de la tubulina son medicamentos de quimioterapia que interfieren directamente con el sistema de tubulina , que contrasta con los medicamentos de quimioterapia que actúan sobre el ADN . Los microtúbulos juegan un papel importante en las células eucariotas . La alfa y beta tubulina, los principales componentes de los microtúbulos, han ganado un interés considerable debido a su función y propiedades biofísicas y se han convertido en objeto de intensos estudios. La adición de ligandos de tubulina puede afectar la estabilidad y función de los microtúbulos, incluida la mitosis , el movimiento celular y el transporte de orgánulos intracelulares.. Las moléculas de unión a tubulina han generado un interés significativo después de la introducción de los taxanos en la oncología clínica y el uso general de los alcaloides de la vinca . Estos compuestos inhiben la mitosis celular uniéndose a la proteína tubulina en el huso mitótico y evitando la polimerización o despolimerización en los microtúbulos. Este modo de acción también se comparte con otro agente natural llamado colchicina .

El primer compuesto conocido que se une a la tubulina fue la colchicina, se aisló del azafrán de otoño , Colchicum autumnale , pero no se ha utilizado para el tratamiento del cáncer. Los primeros medicamentos contra el cáncer aprobados para uso clínico fueron los alcaloides de la vinca, la vinblastina y la vincristina en la década de 1960. Fueron aislados de extractos de hojas de la planta Catharanthus roseus ( Vinca rosea ) en la Universidad de Western Ontario en 1958. [1] El primer fármaco pertenece a los taxanos y paclitaxel , descubierto en extractos de la corteza del tejo, Taxus brevifolia , en 1967 por Monroe Wall y Mansukh Wani, pero su actividad inhibidora de la tubulina no se conoció hasta 1979. Los tejos son una fuente pobre de agentes activos que limitaron el desarrollo de taxanos durante más de 20 años hasta que se descubrió la forma de síntesis. [1] En diciembre de 1992 se aprobó el uso de paclitaxel en quimioterapia. [2]

Función

Formación de microtúbulos

Los microtúbulos son los componentes clave del citoesqueleto de las células eucariotas y tienen un papel importante en diversas funciones celulares, como la migración y el transporte intracelular, el mantenimiento de la forma celular, la polaridad, la señalización celular y la mitosis. [3] Desempeñan un papel fundamental en la división celular al participar en el movimiento y la unión de los cromosomas durante varias etapas de la mitosis. Por lo tanto, la dinámica de los microtúbulos es un objetivo importante para el desarrollo de fármacos contra el cáncer . [1]

Estructura

Los microtúbulos están compuestos por dos subunidades de proteínas globulares , α y β-tubulina. Estas dos subunidades se combinan para formar un heterodímero α, β- que luego se ensambla en una estructura en forma de tubo filamentoso . Los heterodímeros de tubulina se organizan de cabeza a cola con la subunidad α de un dímero entrando en contacto con la subunidad β del otro. Esta disposición da como resultado la formación de largas fibras proteicas llamadas protofilamentos. Estos protofilamentos forman la columna vertebral del microtúbulo cilíndrico hueco que tiene aproximadamente 25 nanómetros de diámetro y varía de 200 nanómetros a 25 micrómetros de longitud. Aproximadamente 12-13 protofilamentos se colocan en paralelo para formar una lámina de proteína en forma de C, que luego se enrolla para dar una estructura similar a una tubería llamada microtúbulo. La disposición de la cabeza a la cola de los heterodímeros da polaridad al microtúbulo resultante, que tiene una subunidad α en un extremo y una subunidad β en el otro extremo. El extremo de la α-tubulina tiene cargas negativas (-) mientras que el extremo de la β-tubulina tiene cargas positivas (+). [3] El microtúbulo crece a partir de sitios de ensamblaje discretos en las células llamadas centros de organización de microtúbulos (MTOC), que son una red de proteínas asociadas a microtúbulos (MAP). [4] [5]

Dos moléculas de guanosina trifosfato rico en energía (GTP) también son componentes importantes de la estructura de los microtúbulos. Una molécula de GTP está estrechamente unida a la α-tubulina y no es intercambiable, mientras que la otra molécula de GTP está unida a la β-tubulina y puede intercambiarse fácilmente con difosfato de guanosina (GDP). La estabilidad del microtúbulo dependerá de si el extremo β está ocupado por GTP o GDP. Un microtúbulo que tiene una molécula de GTP en el extremo β será estable y continuará creciendo, mientras que un microtúbulo que tenga una molécula de GDP en el extremo β será inestable y se despolimerizará rápidamente. [4] [5]

Dinámica de microtúbulos

Los microtúbulos no son estáticos, pero son polímeros altamente dinámicos y exhiben dos tipos de comportamientos dinámicos: " inestabilidad dinámica " y " andar en cinta ". La inestabilidad dinámica es un proceso en el que los extremos de los microtúbulos cambian entre períodos de crecimiento y acortamiento. Los dos extremos no son iguales, el extremo anillado (-) de α-tubulina es menos dinámico mientras que el extremo anillado (+) de β-tubulina más dinámico crece y se acorta más rápidamente. El microtúbulo sufre largos períodos de lento alargamiento, breves períodos de rápido acortamiento y también una pausa en la que no hay crecimiento ni acortamiento. [3] [5] [6] La inestabilidad dinámica se caracteriza por cuatro variables: la tasa de crecimiento de los microtúbulos; la tasa de acortamiento; frecuencia de transición del crecimiento o estado de pausa al acortamiento (llamada " catástrofe ") y la frecuencia de la transición del acortamiento al crecimiento o pausa (denominada " rescate "). El otro comportamiento dinámico llamado caminadora es el crecimiento neto de los microtúbulos en un extremo y el acortamiento neto en el otro extremo. Implica el flujo intrínseco de subunidades de tubulina desde el extremo positivo hasta el extremo negativo. Ambos comportamientos dinámicos son importantes y un microtúbulo en particular puede exhibir principalmente inestabilidad dinámica, andar en cinta o una mezcla de ambos. [6] [7]

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Los agentes que actúan como inhibidores de la tubulina también actúan como inhibidores de la división celular. Un microtúbulo existe en un estado dinámico continuo de crecimiento y acortamiento por asociación reversible y disociación de heterodímeros de α / β-tubulina en ambos extremos. Este comportamiento dinámico y el control resultante sobre la longitud del microtúbulo es vital para el correcto funcionamiento del huso mitótico en la mitosis, es decir, la división celular.

El microtúbulo está involucrado en diferentes etapas del ciclo celular . Durante la primera etapa o profase , los microtúbulos necesarios para la división celular comienzan a formarse y crecer hacia los cromosomas recién formados formando un paquete de microtúbulos llamado huso mitótico . Durante la prometafase y la metafase, este huso se adhiere a los cromosomas en un punto particular llamado cinetocoro y experimenta varios períodos de crecimiento y acortamiento en sintonía con las oscilaciones hacia adelante y hacia atrás de los cromosomas. También en la anafase , los microtúbulos unidos a los cromosomas mantienen un proceso de alargamiento y acortamiento cuidadosamente regulado. Por tanto, la presencia de un fármaco que pueda suprimir la dinámica de los microtúbulos es suficiente para bloquear el ciclo celular y provocar la muerte de las células por apoptosis . [1] [8] [9]

Por tanto, los inhibidores de la tubulina actúan interfiriendo con la dinámica de los microtúbulos, es decir, creciendo ( polimerización ) y acortándose (despolimerización). Una clase de inhibidores actúa inhibiendo la polimerización de la tubulina para formar microtúbulos y se denominan inhibidores de la polimerización como los análogos de colchicina y los alcaloides de la vinca . Disminuyen la masa de polímero de microtúbulos en las células a alta concentración y actúan como agentes desestabilizadores de microtúbulos. La otra clase de inhibidores actúa inhibiendo la despolimerización de la tubulina polimerizada y aumenta la masa de polímero de microtúbulos en las células. Actúan como agentes estabilizadores de microtúbulos y se denominan inhibidores de la despolimerización como los análogos de paclitaxel . [3] Estas tres clases de fármacos parecen funcionar mediante un mecanismo ligeramente diferente .

Sitio de unión de los inhibidores de la tubulina [10]

Los análogos de colchicina bloquean la división celular al alterar los microtúbulos. Se ha informado que la subunidad β de la tubulina participa en la unión de colchicina. Se une a la tubulina soluble para formar el complejo colchicina-tubulina. Este complejo, junto con las tubulinas normales, se polimeriza para formar el microtúbulo. Sin embargo, la presencia de este complejo TC evita una mayor polimerización del microtúbulo. Este complejo provoca un cambio conformacional que bloquea los dímeros de tubulina para que no se agreguen más y por lo tanto evita el crecimiento de los microtúbulos. A medida que el complejo TC ralentiza la adición de nuevos dímeros, el microtúbulo se desmonta debido al desequilibrio estructural o la inestabilidad durante la metafase de la mitosis. [11]

Los alcaloides de Vinca se unen a la subunidad β de los dímeros de tubulina en una región distinta llamada dominio de unión a Vinca. Se unen rápidamente a la tubulina y esta unión es reversible e independiente de la temperatura (entre 0 ° C y 37 ° C). A diferencia de la colchicina, los alcaloides de la vinca se unen directamente a los microtúbulos. En primer lugar, no forman un complejo con la tubulina soluble ni se copolimerizan para formar el microtúbulo, sin embargo, son capaces de provocar un cambio conformacional en la tubulina en relación con la autoasociación de tubulina. [6] Los alcaloides de la vinca se unen a la tubulina con alta afinidad en los extremos de los microtúbulos, pero con baja afinidad en los sitios de tubulina presentes a lo largo de los lados del cilindro de microtúbulos. La unión de estos fármacos en los sitios de alta afinidad da como resultado una fuerte supresión cinética del intercambio de tubulina incluso a baja concentración de fármaco, mientras que su unión a los sitios de baja afinidad en concentraciones de fármaco relativamente alta despolimeriza los microtúbulos. [1]

A diferencia de la colchicina y los alcaloides de la vinca, el paclitaxel mejora la polimerización de los microtúbulos promoviendo las fases de nucleación y elongación de la reacción de polimerización y reduce la concentración crítica de subunidades de tubulina (es decir, la concentración de tubulina soluble en estado estacionario). Los microtúbulos polimerizados en presencia de paclitaxel son extremadamente estables. [1] El mecanismo de unión del paclitaxel imita al del nucleótido GTP junto con algunas diferencias importantes. El GTP se une en un extremo del dímero de tubulina manteniendo el contacto con el siguiente dímero a lo largo de cada uno de los protofilamentos, mientras que el paclitaxel se une a un lado de la β-tubulina manteniendo el contacto con el siguiente protofilamento. El GTP se une a los dímeros de tubulina no ensamblados, mientras que los sitios de unión del paclitaxel se encuentran solo en la tubulina ensamblada. La hidrólisis de GTP permite el desmontaje y la regulación del sistema de microtúbulos; sin embargo, la activación de la tubulina por el paclitaxel da como resultado la estabilización permanente de los microtúbulos. Por tanto, se describió que la supresión de la dinámica de los microtúbulos es la principal causa de la inhibición de la división celular y de la muerte de las células tumorales en las células tratadas con paclitaxel. [12]

Las moléculas de unión a tubulina han ganado mucho interés entre los agentes citotóxicos debido a su éxito en oncología clínica. Se diferencian de los otros medicamentos contra el cáncer en su modo de acción porque se dirigen al huso mitótico y no al ADN. Los fármacos que se unen a la tubulina se han clasificado en base a su modo de acción y sitio de unión [4] [13] [14] como:

I. Inhibidores de la despolimerización de tubulina

a) Ligandos del sitio de paclitaxel , incluye paclitaxel, epotilona, ​​docetaxel, discodermolida, etc.

II. Inhibidores de la polimerización de tubulina

a) Sitio de unión de colchicina, incluye colchicina, combrestatina, 2-metoxiestradiol, metoxibencenosulfonamidas (E7010), etc.

b) Sitio de unión de los alcaloides de la vinca, [15] incluye vinblastina, vincristina, vinorelbina, vinflunina, dolastatinas, halicondrinas, hemiasterlinas, criptofisina 52, etc.

  • Sitio de unión de diferentes fármacos a la tubulina.
  • Binding site of taxol

    Taxol unido a tubulina.

  • Binding site of vinblastine

    Vinblastina unida a tubulina.

  • Binding site of colchicine

    Colchicina unida a tubulina.

Tabla: Inhibidores de la tubulina con sus sitios de unión, usos terapéuticos y etapas de desarrollo clínico. [6] [16]
Clases de inhibidores de tubulinaDominio de enlaceFármacos o análogos relacionadosUsos terapéuticosEtapa de desarrollo clínico
Inhibidores de polimerizaciónDominio vincaVinblastinaEnfermedad de Hodgkin , cáncer testicular de células germinalesen uso clínico; 22 ensayos combinados en curso
VincristinaLeucemia , linfomasEn uso clínico; 108 ensayos combinados en curso
VinorelbinaTumores sólidos, linfomas, cáncer de pulmónEn uso clínico; 29 ensayos clínicos de fase I a III en curso (únicos y combinados)
VinfluninaCáncer de vejiga , pulmón de células no pequeñas , cáncer de mamaFase III
Critoficina 52Tumores sólidosTerminada la fase III
Halicondrinas-Fase I
DolastatinsAgente potencial de direccionamiento vascularFase I; fase II completada
Hemiasterlinas-Fase I
Dominio de colchicinaColchicinaEnfermedades no neoplásicas ( gota , fiebre mediterránea familiar )Aprobado en 2009 por la FDA en el marco de la Iniciativa sobre medicamentos no aprobados [ cita requerida ]
CombretastatinasAgente potencial de direccionamiento vascularFase I
2-metoxiestradiol-Fase I
E7010Tumores sólidosFase I, II
Inhibidores de despolimerizaciónSitio de taxanPaclitaxel (Taxol)Tumores de ovario , mama y pulmón, sarcoma de Kaposi ; ensayos con numerosos otros tumoresEn uso clínico; 207 ensayos de fase I a III en los Estados Unidos; TL00139 está en pruebas de fase I
Docetaxel (Taxotere)Tumores de próstata , cerebro y pulmón8 ensayos en los Estados Unidos (Fases I-III)
EpotilonaTumores resistentes a paclitaxelFases I-III
Discodermolida-Fase I
Inhibidores de tubulina
Dominio vincaVinblastine.svgVincristine.svgVinorelbine.svg
VinblastinaVincristinaVinorelbina
Vinflunine.svgCryptophycin 52.svgHalichondrin B.svg
VinfluninaCriptoficina 52Halicondrina B
Dolastatin10.svgDolastatin15.svgHemiasterlin A.svg
Dolastatina 10Dolastatina 15Hemiasterlina A
Hemiasterlin B.svg
Hemiasterlina B
Dominio de colchicinaColchicine structure.pngCombretastatin.svgMethoxybenzene-sulphonamide.svg
ColchicinaCombretastatinaE7010
2-Methoxyestradiol.svg
2-metoxiestradiol
SITIO TAXANEDocetaxel.svgTaxol.svg(-)-Epothilone A.svg
DocetaxelPaclitaxelEpotilona A
(-)-Epothilone B.svgDiscodermolide.svg
Epotilona BDiscodermolida
  • Se aislaron vinblastina y vincristina del bígaro de Madagascar Catharanthus roseus . Madagascar usó tradicionalmente la vinca rosea para tratar la diabetes. De hecho, se ha utilizado durante siglos en todo el mundo para tratar todo tipo de dolencias, desde picaduras de avispas en la India hasta infecciones oculares en el Caribe. En la década de 1950, los investigadores comenzaron a analizar la planta y descubrieron que contenía más de 70 alcaloides. Se encontró que algunos tienen efecto sobre los niveles más bajos de azúcar en sangre y otros actúan como hemostáticos . Lo más interesante fue que se descubrió que la vinblastina y la vincristina reducían la cantidad de glóbulos blancos en la sangre. Un alto número de glóbulos blancos en la sangre indica leucemia, por lo que se ha descubierto un nuevo fármaco contra el cáncer. Estos dos alcaloides se unen a la tubulina para evitar que la célula forme los husos que necesita para poder dividirse. Esto es diferente de la acción del taxol que interfiere con la división celular al evitar que los husos se rompan. La vinblastina es útil principalmente para tratar el linfoma de Hodgkin , el cáncer de testículo avanzado y el cáncer de mama avanzado. La vincristina se usa principalmente para tratar la leucemia aguda y otros linfomas.
  • La vinorelbina fue desarrollada bajo la dirección del farmacéutico francés Pierre Poiter, quien, en 1989, obtuvo una licencia inicial para la excavación bajo la marca Navelbine. La vinorelbina también se conoce como tartrato de vinorelbina, el fármaco es un análogo semisintético de otro fármaco para combatir el cáncer, la vinblastina. La vinorelbina se incluye en la clase de fármacos conocidos como alcaloides de la vinca y muchas de sus características imitan la química y los mecanismos biológicos de los fármacos citotóxicos vincristina y vinblastina. La vinorelbina mostró una actividad prometedora contra el cáncer de mama y se encuentra en ensayo clínico para el tratamiento de otros tipos de tumores.
  • La vinflunina es un nuevo alcaloide de la vinca fluorada que se encuentra actualmente en ensayos clínicos de fase II, que en estudios preclínicos mostró una actividad antitumoral superior a la vinorelbina y la vinblastina. La vinflunina bloquea la mitosis en la transición metafase / anafase, lo que conduce a la apoptosis. [17] La vinflunina es un fármaco de quimioterapia que se usa para tratar el cáncer avanzado de vejiga de células de transición y del tracto urotelial. También se llama Javlor. Está autorizado para personas que ya han recibido quimioterapia con cisplatino o carboplatino.
  • La criptoficina 52 se aisló de las algas verde azuladas Nostoc sp. GSV 224. Las criptoficinas son una familia de depsipéptidos relacionados que muestran una actividad citotóxica muy potente. La criptoficina 52 se desarrolló originalmente como fungicida, pero era demasiado tóxica para su uso clínico. Posteriormente, la investigación se centró en tratar la criptoficina como un veneno de microtúbulos, evitando la formación del huso mitótico. [10] La criptoficina 52 mostró una potente actividad antimitótica para resistir la dinámica de los microtúbulos del huso. [4] Además, el interés en este fármaco ha surgido aún más por el descubrimiento de que la criptoficina muestra una susceptibilidad reducida a la bomba de resistencia a múltiples fármacos y no muestra una reducción de la actividad en una serie de líneas celulares resistentes a los fármacos .
  • Halichondrin B se aisló por primera vez de Halichondria okadai , y más tarde de las esponjas no relacionadas Axinella carteri y Phankella carteri . La halicondrina B es un macrólido poliéter complejo que se sintetiza y detiene el crecimiento celular a concentraciones subnanomolares. [4] La halicondrina B es un inhibidor no competitivo de la unión de la vincristina y la vinblastina a la tubulina, lo que sugiere que los fármacos se unen al sitio de unión de la vinca o un sitio cercano. El aislamiento de la halicondrina B proviene de dos géneros no relacionados de esponjas, lo que ha llevado a especular que la halicondrina B es un microbiano en realidad, en lugar de un metabolito de esponja porque las esponjas soportan una amplia gama de microbios. Si este es el caso, las tecnologías de fermentación podrían proporcionar un suministro útil de halicondrina B.
  • Las dolastatinas se aislaron de la liebre marina Dolabella auricularia , un pequeño molusco marino , y se cree que son la fuente del veneno utilizado para asesinar al hijo del emperador Claudio de Roma en el 55 d.C. Las dolastatinas 10 y 15 son nuevos pentapéptidos y exhiben poderosas propiedades antimitóticas. Son citotóxicos en varias líneas celulares a concentraciones subnanomolares. Los péptidos de las dolastatinas 10 y 15 inhiben de forma no competitiva la unión de vincristina a tubulina. La dolastatina 10 es 9 veces más potente que la dolastatina 15 y ambas son más potentes que la vinblastina. [4] Las dolastatinas también mejoran y estabilizan la unión de la colchicina a la tubulina.
  • Se aislaron hemiasterlinas de la esponja marina Cymbastela sp . Las hemiasterlinas son una familia de péptidos citotóxicos potentes. La hemiasterlina A y la hemiasterlina B muestran una potente actividad contra la línea celular P388 e inhiben la división celular al unirse al sitio del alcaloide de la vinca en la tubulina. La hemiasterlina A y B exhiben actividades antiproliferativas más fuertes que los alcaloides de la vinca y el paclitaxel.
  • La colchicina, un alcaloide preparado a partir de los granos secos y las semillas del azafrán de la pradera, Colchicum autumnale , es un fármaco antiinflamatorio que se ha utilizado de forma continua durante más de 3000 años. La colchicina es un fármaco oral que se utiliza para tratar la gota aguda y prevenir los ataques agudos de fiebre mediterránea familiar (FMF). Sin embargo, el uso de colchicina está limitado por su alta toxicidad en otras terapias. Se sabe que la colchicina inhibe la división y proliferación celular. Los primeros estudios demostraron que la colchicina altera el huso mitótico. Posteriormente se demostró que la disolución de los microtúbulos es responsable del efecto de la colchicina sobre el huso mitótico y la proliferación celular. [18]
  • Las combretastatinas se aíslan del sauce sudafricano, Combretum caffrum . La combretastatina es uno de los compuestos más simples que muestra efectos antimitóticos por interacción con el sitio de unión de colchicina de la tubulina, y también es uno de los inhibidores más potentes de la unión de colchicina. [4] La combretastatina no es reconocida por la bomba de resistencia a múltiples fármacos (MDR), una bomba celular que expulsa rápidamente moléculas extrañas de la célula. [8] También se informa que la combretastatina puede inhibir la angiogénesis, un proceso esencial para el crecimiento tumoral. Excepto esos factores, una de las desventajas de la combretastatina es la baja solubilidad en agua.
  • E7010 es el agente antimitótico de sulfonamida más activo, que se ha demostrado que inhibe la formación de microtúbulos al unirse en el sitio de las colchicinas. [4] [8] Es bastante soluble en agua como sal ácida. La metoxibencenosulfonamida mostró buenos resultados contra una amplia gama de células tumorales, incluidos los tumores sólidos resistentes a los alcaloides de la vinca. Los resultados de los estudios en animales indicaron actividad contra tejidos de cáncer colorrectal, de mama y de pulmón.
  • El 2-metoxiestradiol es un metabolito natural de la hormona estradiol de los mamíferos y se forma por oxidación en el hígado. El 2-metoxiestradiol es citotóxico para varias líneas de células tumorales , se une al sitio de colchicina de la tubulina, induciendo la formación de microtúbulos anormales. El 2-metoxiestradiol exhibe una potente actividad apoptótica contra las células tumorales de rápido crecimiento. También tiene actividad antiangiogénica a través de un efecto apoptótico directo sobre las células endoteliales. [19]
  • Docetaxel , es un análogo semisintético de paclitaxel, con un nombre comercial Taxotere. El docetaxel tiene las modificaciones de estructura mínimas en la cadena lateral de C13 y la sustitución de C10 mostró más solubilidad en agua y más potencia que el paclitaxel. Los ensayos clínicos han demostrado que los pacientes que desarrollan hipersensibilidad al paclitaxel pueden recibir docetaxel sin una respuesta alérgica. [4]
  • Se aisló paclitaxel de la corteza del tejo del Pacífico Taxus brevifolia Nutt. (Taxaceae). Más tarde, también se aisló de los avellanos (hojas, ramitas y nueces) y los hongos que viven en estos árboles, pero la concentración es solo alrededor del 10% de la concentración en los tejos. El paclitaxel también se conoce como Taxol y Onxol por ser un fármaco contra el cáncer. El fármaco es el tratamiento de primera línea para el cáncer de ovario, mama, pulmón y colon y el tratamiento de segunda línea para el sarcoma de Kaposi relacionado con el SIDA . (El sarcoma de Kaposi es un cáncer de piel y membranas mucosas que se encuentra comúnmente en pacientes con síndrome de inmunodeficiencia adquirida, SIDA). Es tan eficaz que algunos oncólogos se refieren al período anterior a 1994 como la era "anterior al taxol" para el tratamiento del cáncer de mama. [20]
  • Las epotilonas se derivan de una bacteria del suelo en fermentación, Sorangium cellulosum, y se encontró que era demasiado tóxico para su uso como antifúngico. Las epotilonas son agentes estabilizadores de microtúbulos con un mecanismo de acción similar a los taxanos, incluida la supresión de la dinámica de los microtúbulos, la estabilización de los microtúbulos, la promoción de la polimerización de la tubulina y el aumento de la masa del polímero a altas concentraciones. Inducen detención mitótica en la fase G2-M del ciclo celular, lo que resulta en apoptosis. [1] La epotilona A y la epotilona B exhiben propiedades antifúngicas y citotóxicas. Estas epotilonas son inhibidores competitivos de la unión del paclitaxel a la tubulina y presentan una actividad a concentraciones similares. Este hallazgo lleva a asumir que las epotilonas y el paclitaxel adoptan conformaciones similares in vivo. Sin embargo, las epotilonas son aproximadamente 30 veces más solubles en agua que el paclitaxel y están más disponibles, se obtienen fácilmente por fermentación de la mixobacteria original y podrían prepararse mediante síntesis total. Las epotilonas también muestran no ser reconocidas por mecanismos de resistencia a múltiples fármacos, por lo tanto, tiene una potencia mucho mayor que el paclitaxel en líneas celulares resistentes a múltiples fármacos. [8]
  • Se descubrió inicialmente que la discodermolida tiene actividades inmunosupresoras y antifúngicas. Discodermolida es un producto marino de alquetetraeno lactona polihidroxilada, aislado de la esponja de aguas profundas de las Bahamas, Discodermia disoluta , inhibe la mitosis celular e induce la formación de polímero de tubulina estable in vitro y se considera más eficaz que el paclitaxel con un valor de CE50 de 3,0 μM frente a 23 μM. [4] El fármaco, un macrólido (lactona polihidroxilada), es miembro de una clase estructural diversa de compuestos llamados policétidos con un notable mecanismo de acción químico. Estabiliza los microtúbulos de las células diana, esencialmente deteniéndolos en una etapa específica del ciclo celular y deteniendo la división celular. Es un candidato de origen marino prometedor para el tratamiento de ciertos cánceres.

SAR de colchicina análoga

La colchicina es uno de los fármacos antimitóticos más antiguos que se conocen y en los últimos años [ ¿cuándo? ] Se han realizado muchas investigaciones para aislar o desarrollar compuestos que tengan una estructura similar pero una alta actividad y menos toxicidad . Esto resultó en el descubrimiento de varios análogos de colchicina. La estructura de la colchicina está formada por tres anillos, un anillo trimetoxibenceno (anillo A), un anillo metoxitropona (anillo C) y un anillo de siete miembros (anillo B) con un grupo acetamido ubicado en su posición C-7. El grupo trimetoxifenilo de la colchicina no solo ayuda a estabilizar el complejo tubulina-colchicina, sino que también es importante para la actividad antitubulina junto con el anillo C. El grupo 3-metoxi aumentó la capacidad de unión, mientras que el grupo 1-metoxi ayudó a lograr la correcta conformación de la molécula. La estabilidad del anillo de tropona y la posición del grupo metoxi y carbonilo son cruciales para la capacidad de unión del compuesto. El grupo 10-metoxi se puede reemplazar con grupos halógeno, alquilo, alcoxi o amino sin afectar la afinidad de unión a tubulina, mientras que los sustituyentes voluminosos reducen la actividad. Cuando el anillo B se expandió mostró una actividad reducida, sin embargo, se cree que el anillo y su cadena lateral C-7 afectan la conformación de los análogos de colchicina en lugar de su capacidad de unión a tubulina. La sustitución en C-5 dio como resultado la pérdida de actividad, mientras que la unión de los sistemas de anillos heterocíclicos anulados al anillo B dio como resultado un compuesto muy potente . [11]

SAR de paclitaxel análogo

El paclitaxel ha logrado un gran éxito como fármaco contra el cáncer, sin embargo, se ha realizado un esfuerzo continuo para mejorar su eficacia y desarrollar análogos que sean más activos y tengan mayor biodisponibilidad y especificidad . La importancia de la cadena lateral de fenilisoserina sustituida en C-13 para la bioactividad del paclitaxel se conoce desde hace mucho tiempo. Se han probado varios reemplazos en la sustitución C-3 '. La sustitución del grupo fenilo C-3 'por grupos alquilo o alquinilo mejoró en gran medida la actividad, y con el grupo CF3 en esa posición en combinación con la modificación del 10-Ac con otros grupos acilo aumentó la actividad varias veces. También se encontró que era potente otra modificación de C-3 'con restos de ciclopropano y epóxido. Se encontró que la mayoría de los análogos sin anillo A eran mucho menos activos que el propio paclitaxel. Los análogos con cadena lateral amida en C-13 son menos activos que su contraparte éster. También la desoxigenación en la posición 1 mostró una actividad reducida. La preparación de 10-α-espiro epóxido y su éter 7-MOM dio compuestos que tenían una citotoxicidad y actividad de ensamblaje de tubulina comparables a las del paclitaxel. La sustitución con C-6-α-OH y C-6-β-OH dio análogos que eran equipotentes al paclitaxel en el ensayo de ensamblaje de tubulina. Finalmente , se encuentra que el anillo de oxetano juega un papel importante durante la interacción con la tubulina. [21]

SAR de análogos de vinblastina

La vinblastina es un fármaco muy potente que también tiene efectos secundarios graves, especialmente en el sistema neurológico. Por ello, se desarrollaron nuevos análogos sintéticos con el objetivo de obtener fármacos más eficientes y menos tóxicos. Las configuraciones estereoquímicas en C-20 ', C-16' y C-14 'en la porción de velbanamina son críticas y la inversión conduce a la pérdida de actividad. El grupo carboximetilo C-16 'es importante para la actividad ya que el dímero descarboxilado es inactivo. La variación estructural en C-15'- C-20 'en el anillo de velbanamina se tolera bien. La modificación del esqueleto superior de vinblastina dio vinorelbina que muestra una actividad comparable a la de vinblastina. Otro análogo preparado fue el derivado difluoro de vinorelbina que mostró una actividad antitumoral in vivo mejorada. Se descubrió que la fluoración en la posición C-19 'de la vinorelbina aumentaba drásticamente la actividad in vivo . La mayoría de los estudios de SAR involucran la porción de vindolina de los alcaloides bis-indol porque la modificación en C-16 y C-17 ofrece buenas oportunidades para desarrollar nuevos análogos. El reemplazo del grupo éster con un grupo amida en el C-16 resultó en el desarrollo de vindesina. De manera similar, el reemplazo del grupo acetilo en C-16 con L-trp-OC2H5, d-Ala (P) - (OC2H5) 2, L-Ala (P) - (OC2H5) 2 e I-Vla (P) - (OC2H5) ) 2 dieron lugar a nuevos análogos que tenían actividad anti-tubulina. También se encontró que el grupo metilo indol de la vindolina es una posición útil para funcionalizar potencialmente y desarrollar nuevos y potentes derivados de la vinblastina. Una nueva serie de semi-sintéticos C-16-espiro-oxazolidina-1,3-dionas preparadas a partir de vinblastina 17-desacetil mostró buena actividad anti-tubulina y menor citotoxicidad. El vinglicinato, un profármaco de glicinato derivado del grupo C-17-OH de la vinblastina, mostró una actividad antitumoral y una toxicidad similares a las de la vinblastina. [22]

Efectos secundarios

  • neuropatía periférica inducida por quimioterapia , un hormigueo progresivo, duradero, a menudo irreversible, entumecimiento, dolor intenso e hipersensibilidad al frío, que comienza en las manos y los pies y, a veces, afecta a los brazos y las piernas. [23]
  • estomatitis (ulceración de los labios, lengua, cavidad oral)
  • náuseas, vómitos, diarrea, estreñimiento, íleo paralítico, retención urinaria
  • supresión de la médula ósea
  • reacciones de hipersensibilidad : rubor, reacciones cutáneas localizadas, erupción cutánea (con o sin) prurito, opresión en el pecho, dolor de espalda, disnea, fiebre por fármacos o escalofríos
  • efectos musculoesqueléticos: artralgia y / o mialgia
  • severa debilidad
  • hipotension
  • alopecia
  • neurotoxicidad [24]

Factores humanos

Las limitaciones en la terapia contra el cáncer se deben principalmente a dos razones; debido al organismo del paciente, o debido a alteraciones genéticas específicas en las células tumorales. En el paciente, la terapia está limitada por la mala absorción de un fármaco que puede conducir a una baja concentración del agente activo en la sangre y una pequeña cantidad de suministro al tumor. El bajo nivel sérico de un fármaco también puede deberse a un metabolismo y una excreción rápidos asociados con la afinidad por el citocromo P450 intestinal o hepático . Otra razón es la inestabilidad y degradación de los fármacos en el medio gastrointestinal. El problema grave es también la variabilidad entre pacientes, lo que causa una biodisponibilidad diferente después de la administración de una dosis igual de un fármaco y una tolerancia diferente al efecto de los agentes de quimioterapia. El segundo problema es particularmente importante en el tratamiento de las personas mayores. Su cuerpo es más débil y necesita aplicar dosis más bajas, a menudo por debajo del nivel terapéutico. Otro problema con los agentes anticancerosos es su limitada solubilidad en agua, lo que reduce sustancialmente la absorción de un fármaco. Los problemas con la administración de dosis al tumor ocurren también cuando el agente activo tiene un peso molecular alto que limita la penetración en el tejido o el tumor tiene un gran volumen que impide la penetración. [3] [25]

Resistencia a las drogas

La resistencia a múltiples fármacos es la limitación más importante en la terapia contra el cáncer. Puede desarrollarse en muchos compuestos químicamente distintos. Hasta ahora, se conocen varios mecanismos para desarrollar la resistencia. La más común es la producción de las llamadas "bombas de salida". Las bombas eliminan los medicamentos de las células tumorales que conducen a una concentración baja del medicamento en el objetivo, por debajo del nivel terapéutico. El reflujo es causado por la glicoproteína P, también llamada transportador de múltiples fármacos. Esta proteína es un producto del gen MDR1 de resistencia a múltiples fármacos y un miembro de la familia de transportadores dependientes de ATP ( casete de unión a ATP ). La glicoproteína P se encuentra en todos los organismos y sirve para proteger al cuerpo de los xenobióticos y participa en el movimiento de nutrientes y otros compuestos biológicamente importantes dentro de una célula o entre células. La glicoproteína P detecta sustratos cuando entran en la membrana plasmática y se unen a ellos, lo que provoca la activación de uno de los dominios de unión de ATP. El siguiente paso es la hidrólisis de ATP, que conduce a un cambio en la forma de la P-gp y abre un canal a través del cual se bombea el fármaco fuera de la célula. La hidrólisis de una segunda molécula de ATP da como resultado el cierre del canal y el ciclo se repite. La glicoproteína P tiene afinidad por los fármacos hidrófobos con carga positiva o eléctricamente neutra y, a menudo, se sobreexpresa en muchos cánceres humanos. Algunos tumores, por ejemplo, el cáncer de pulmón, no sobreexpresan este transportador, pero también pueden desarrollar la resistencia. Se descubrió que otro transportador MRP1 también funciona como bomba de eflujo, pero en este caso los sustratos son compuestos naturales cargados negativamente o fármacos modificados por glutatión, conjugación, glicosilación, sulfatación y glucuronilación. Las drogas pueden ingresar a una célula de varias formas. Las rutas principales son: difusión a través de la membrana plasmática, a través del receptor o transportador o por el proceso de endocitosis . El cáncer puede desarrollar la resistencia por mutaciones en sus células que resultan en alteraciones en la superficie de las células o en endocitosis alterada. La mutación puede eliminar o cambiar transportadores o receptores, lo que permite que los fármacos entren en la célula tumoral. Otra causa de resistencia a los fármacos es una mutación en la tubulina β que causa alteraciones en los sitios de unión y un fármaco determinado no puede unirse a su objetivo. Los tumores también cambian las isoformas de expresión de la tubulina por estos, que no son objetivos de los fármacos antimitóticos, por ejemplo, sobreexpresan la βIII-tubulina. Además, las células tumorales expresan otros tipos de proteínas y cambian la dinámica de los microtúbulos para contrarrestar el efecto de los medicamentos contra el cáncer. La resistencia a los medicamentos también puede desarrollarse debido a la interrupción de la terapia. [3] [5] [6] [25]

Otros

  • Eficacia clínica marginal: a menudo los compuestos muestran actividad in vitro pero no tienen actividad antitumoral en la clínica. [26]
  • La escasa solubilidad en agua de los medicamentos que deben disolverse en aceite de ricino polioxietilado o polisorbato causa reacciones de hipersensibilidad. Se ha sugerido que estos disolventes también pueden reducir el suministro de fármacos a las células diana. [10] [27]
  • Biodisponibilidad [28]
  • Límite de dosis : las dosis más altas causan alta toxicidad y el uso a largo plazo conduce a neurotoxicidad acumulativa y toxicidad hematopoyética. [10]
  • La neuropatía, que es un efecto secundario significativo, puede desarrollarse en cualquier momento de la terapia y requerir una interrupción del mismo. Una vez que los síntomas se han resuelto, la terapia puede reiniciarse, pero la ruptura permite que el tumor desarrolle resistencia. [dieciséis]
  • Poca penetración a través de la barrera hematoencefálica . [dieciséis]

Debido a los numerosos efectos adversos y las limitaciones de uso, se necesitan nuevos fármacos con mejores propiedades. Especialmente son las mejoras deseadas en la actividad antitumoral, el perfil de toxicidad, la formulación del fármaco y la farmacología. [27] Actualmente se han sugerido pocos enfoques en el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos con mejores propiedades.

  • Agentes de descubrimiento que no son un sustrato para la bomba de eflujo o modificaciones de fármacos hacia una menor afinidad por las proteínas transportadoras. Descubrir inhibidores de la glicoproteína P con mayor afinidad por el transportador que los fármacos, es el siguiente enfoque. Para mejorar la biodisponibilidad oral se sugiere la coadministración de inhibidores del citocromo y P-gp con medicamentos contra el cáncer. [16] [27]
  • Desarrollo de inhibidores que tienen su sitio de unión en la α-tubulina. Esta parte del dímero de tubulina permanece sin usar porque todos los fármacos que se usan actualmente se unen a la β-tubulina. La investigación en este campo puede abrir nuevas oportunidades en el tratamiento y proporcionar una nueva clase de inhibidores.
  • Uno de los objetivos de los medicamentos contra el cáncer puede ser la vasculatura tumoral. La ventaja en este caso es el acceso relativamente fácil de los agentes terapéuticos al objetivo. Se sabe que algunos compuestos pueden inhibir la formación de nuevos vasos sanguíneos (inhibir el proceso de angiogénesis ) o cerrar los existentes. Las células tumorales mueren muy rápido después de cortar el suministro de oxígeno, lo que sugiere que estos agentes son especialmente interesantes. Además, parece que los agentes actúan solo con la vasculatura del tumor y no interactúan con los tejidos normales. Se desconocen los mecanismos, pero se ha sugerido que la razón son las diferencias entre el tejido joven del tumor y el tejido maduro de la vasculatura normal. Los agentes antivasculares son similares a la colchicina y se unen al sitio de unión de la colchicina en la β-tubulina, por lo que el desarrollo de nuevos agentes que actúan con el sitio de unión de la colchicina (que no se utiliza en ninguno de los fármacos aprobados actualmente) parece ser un enfoque prometedor. [1]
  • Terapia con combinación de dos o más fármacos que tienen varios sitios de unión y / o diferentes mecanismos de acción pero que no tienen efectos adversos superpuestos. Esto permitiría el uso de fármacos en concentraciones bajas que reducen la fuerza de los efectos secundarios asociados con dosis altas de agentes anticancerosos. Una mejor eficiencia también podría ser el resultado del mantenimiento de concentraciones bajas de fármacos durante un período prolongado en lugar de cambios drásticos en la cantidad de fármacos administrados. [6] [10]
  • Los liposomas y los fármacos unidos a polímeros comprenden mejoras prometedoras en el sistema de administración. Los liposomas permiten el suministro de cantidades considerables de arrastre al tumor sin efecto tóxico en los tejidos normales y liberan fármacos lentamente, lo que da como resultado la prolongación de la acción farmacéutica. Propiedades similares tienen fármacos unidos al polímero. Además, el uso de polímeros solubles en agua permite que los agentes anticáncer hidrófilos se vuelvan solubles. La naturaleza del enlace polímero-fármaco puede diseñarse para que sea estable en tejidos normales y se descomponga en el entorno tumoral, que es más ácido. Este enfoque permite liberar el agente activo exactamente en el objetivo. [28]
  • Descubrir nuevos compuestos activos contra cánceres resistentes a fármacos con mecanismos diferentes a los que ya se conocen con fármacos.
  • Elucidar todos los mecanismos de resistencia y diseñar fármacos que lo eviten. [10]

  • Tubulina
  • Microtúbulos
  • Cáncer
  • Quimioterapia
  • Diseño de fármacos
  • Vinblastina
  • Vincristina
  • Vinorelbina
  • Vinflunina
  • Criptoficina
  • Halicondrina B
  • Colchicina
  • Combretastatinas
  • 2-metoxiestradiol
  • Docetaxel
  • Paclitaxel
  • Epotilonas
  • Discodermolida
  • eribulin , un agente más nuevo

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