Synteza analogów 2-metyleno-19-norkalcytriolu ze zmodyfikowanym łańcuchem bocznym

Poszukiwanie nowych związków o korzystnym profilu terapeutycznym, zapewniającym niską toksyczność względem komórek prawidłowych, wciąż pozostaje wyzwaniem w obszarze chorób nowotworowych. Do ważnej grupy związków, z którymi wiąże się nadzieję w terapii antynowotworowej, należą sekosteroidy, a wśród nich witamina D3 (cholekalcyferol), z której w organizmie powstaje aktywna forma hormonalna – kalcytriol, stanowiący naturalny ligand jądrowego receptora VDR (Vitamin D Receptor). Odkrycie witaminowego receptora w większości tkanek ludzkich spowodowało znaczny wzrost zainteresowania tą grupą związków. Ustalono, że poza kontrolowaniem gospodarki wapniowej, przejawiają one zdolność indukcji różnicowania i proliferacji komórek nowotworowych. Potencjalne wykorzystanie kalcytriolu i jego pochodnych w terapii chorób nowotworowych i immunologicznych wiąże się z zastosowaniem ponadfizjologicznych stężeń tego związku, co z kolei może prowadzić do występowania zjawiska hiperkalcemii. Z tego też powodu dąży się obecnie do uzyskania syntetycznych analogów o korzystniejszym (selektywnym) profilu aktywności biologicznej. Modyfikacje strukturalne kalcytriolu mają na celu nie tylko poprawę stabilizacji metabolicznej, ale także zmianę właściwości biologicznych sięgających poza regulowanie gospodarki wapniowo-fosforanowej. Analogi kalcytriolu o zmodyfikowanym łańcuchu bocznym należą do najbardziej aktywnych pochodnych witaminy D3. Niejednokrotnie udowodniono, że wiele z nich posiada nie tylko wysokie powinowactwo do VDR, ale również zdolności antyproliferacyjne, które często okazują się kilka rzędów wielkości silniejsze w porównaniu z kalcytriolem. Wprowadzenie drugiego łańcucha bocznego przyłączonego do C-20 pozwoliło na uzyskanie związków hybrydowych należących do grupy Gemini. Związki te wpływają na zmianę architektury domeny wiążącej receptora, bez przeszkód oddziałując z jej kluczowymi aminokwasami i silnie wiążą się z receptorem. W niniejszej pracy doktorskiej skupiłem się na otrzymaniu, z wykorzystaniem strategii syntezy zbieżnej oraz zbadaniu aktywności biologicznej nieopisanej dotąd w literaturze klasy 2-metylenowych analogów 19-norkalcytriolu, charakteryzujących się zmodyfikowanym łańcuchem bocznym. Do syntezy poszczególnych bloków budulcowych wykorzystałem związki pochodzenia naturalnego, takie jak: kwas (1R,3R,4S,5R)-chinowy, geraniol czy witamina D2. Modyfikacje steroidowego łańcucha bocznego polegały na wprowadzeniu ugrupowań: (a) umożliwiających kompleksowanie jonów metali przejściowych, (b) stanowiących znaczniki fluorescencyjne, czy też (c) zdolnych do tworzenia wiązań kowalencyjnych z receptorem.

The search for new compounds with an advantageous therapeutic profile, ensuring low toxicity to normal cells, remains a challenge in the field of neoplastic diseases. An important group of compounds of potential application for an anti-cancer therapy include secosteroids, such as vitamin D3 (cholecalciferol), a precursor of an active hormonal form - calcitriol, constituting a natural ligand of the nuclear vitamin D receptor (VDR). The discovery of the vitamin receptor in numerous human tissues caused a significant increase of interest in this group of compounds. It has been established that, in addition to controlling calcium metabolism, they have an ability to induce differentiation and proliferation of cancer cells. The potential use of calcitriol and its derivatives in the therapy of cancers and immune diseases is associated with an application of supra-physiological concentrations of these compounds, which in turn may lead to the occurrence of hypercalcemia. Therefore, there is a considerable interest in preparing noncalcemic calcitriol analogs which still retain antiproliferative activity and high affinity for the vitamin D receptor. Structural modifications of calcitriol are aimed not only at improving metabolic stabilization, but also at changing biological properties which go beyond the regulation of calcium-phosphate metabolism. Calcitriol analogs with a modified side chain are among the most active derivatives of vitamin D3. It has been proven that many of them not only exert high affinity for VDR, but also antiproliferative properties, which often turn out to be several orders of magnitude stronger in comparison with calcitriol. The introduction of a second side chain attached to C-20 allowed to obtain hybrid compounds belonging to the Gemini group. These analogs change the architecture of the receptor binding domain, interacting with its key amino acids and strongly bind to the receptor. In this dissertation, I focused on obtaining (by a convergent synthesis strategy) and studying the biological activity of a novel class of 2-methylene 19-norcalcitriol analogs characterized by a modified (“branched”) side chain. For the synthesis of individual building blocks, I used compounds of natural origin, such as: (1R,3R,4S,5R) -quinic acid, geraniol or vitamin D2. Modifications of the steroidal side chain consisted in the introduction of groups: (a) enabling the complexation of transition metal ions, (b) being fluorescent markers, or (c) capable of forming covalent bonds with the receptor.