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Diseño de Agentes Antidiabéticos de Vanadio:
Desarrollo y Avances Recientes
Design of Vanadium Antidiabetic Agents: Development and Recent Advances
Nora Alvino De La Sota,
Departamento de Ciencias,
Javier Pacheco Calderón, Carla Galli Rigo-Righi*
Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima 32 , Perú
Resumen 1. Introducción
El descubrimient o del mayor efecto hipoglicémic o del bis(maltolato)oxovanadio (IV) (BMOV) con respecto a las sales de vanadio, propició el diseño, síntesis y evaluación in vitro e in vivo de una amplia variedad de complejos de oxovanadio (IV) con diversos ligandos orgánicos para su potencial uso como fármacos antidiabético s que reemplacen , parcial o totalmente , las incómodas inyecciones de insulina en el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 1 o los fármacos orales hipoglicemiante s empleados generalment e en terapias combinadas para la tipo 2. El vanadio como agente antidiabético despertó un temprano interés en la comunida d científica internacional ; en 1899 investigadores franceses liderados por Lyonnet reportaron una mejora en pacientes diabéticos tratados durante tres semanas con metavanadato de sodio sin ningún efecto secundario. Sin embargo, tras el descubrimiento de la insulina en 1922 y su adopción como medicamento ideal para el tratamiento de la diabetes mellitus (DM), las investigaciones en este campo sufrieron una larga interrupción. Por otra parte, la exploración de los efectos biológicos del vanadio en plantas y animales continuó, descubriéndose entre otros que producía un incremento en la oxidación de los fosfolípidos así como una modesta reducción del nivel de colesterol en el plasma, comprobada en ensayos clínicos en humanos a mediados de los 60’s. A partir de entonces, el rol biológico del vanadio ha evolucionado hasta ser reconocido en los 80’s como un metal ultratraza esencial con una función biológica elusiva y muchos posibles roles regulatorios en el organismo, frecuentemente relacionados con rutas metabólicas de glucosa y lípidos, y con efectos enzimáticos tanto estimulantes como inhibitorios. En este contexto, una pauta importante la marcó el descubrimiento del potente efecto inhibitorio del vanadio en estado de oxidación + 5 (vanadato), sobre las proteínas tirosina fosfatasas (Na+, K+-ATPasas y Ca^2 +-ATPasas) causado por su semejanza química y estructural con el PO 4. Su ligero mayor tamaño produce la inhibición irreversible de enzimas fosfato dependientes como las ATPasas. El hecho que el vanadio resultara tan efectivo sobre conocidas fuentes de energía como colesterol y ATP sugirió que podría también serlo sobre la glucosa.^1 Recientemente , un complejo etil sustituido , análogo al BMOV, ha completado favorablement e la fase clínica I de ensayos en humanos. El diseño de nuevos tipos de complejos y el desarrollo de nuevos modos de administración constituyen actualmente un activo campo de investigación. Palabras Clave: Complejos o xovanadio (IV), Diabetes, Modelos animales.
Abstract
The discovery of the enhanced hypoglycemic activity of bis(maltolate)oxovanadiu m (IV) (BMOV) compared to simple vanadium salts stimulated the design, synthesis and both in vitro and in vivo evaluation of a large variety of oxovanadium (IV) complexes with different organic ligands for their potential use as antidiabetic drugs that may be able to substitute, either partially or totally, the daily insulin injections used in the treatment of type 1 diabetes mellitus or the orally available hypoglycemic drugs usually used in combined therapy for type 2 diabetes. 3 - 1,2, Los primeros estudios in vitro de la posible acción antidiabética del vanadio se emprendieron a inicio de la década de los 80’s comprobándose efectos similares a los de la insulina. El desarrollo de modelos animales de diabetes, ya sea inducida por una droga o genéticamente modificados, permitió iniciar también los estudios in vivo. El descubrimiento de McNeill y colaboradores (1985), que una sal de vanadio + 5 (Na 3 VO 4 ) administrada oralmente en el agua de beber aliviara mucho los signos fisiológicos y síntomas de la DM en ratas STZ inducidas y además con escasos efectos colaterales, hizo que resurgiera el interés por el efecto antidiabético Recently, a close BMOV analogue, an ethyl substitute, has already successfully completed the phase 1 clinical trial in humans. The design of new types of complexes and the development of alternative delivery methods represent an active research field today. Keywords: oxovanadium (IV) complexes, Diabetes, Animal models. ***** (^) cgalli@pucp.edu.pe Enero - Diciembre 2007 Revista de QUÍMICA 37
del vanadio. Se encontró además que las dosis requeridas para normalizar los niveles de glucosa y lípidos en la sangre eran mucho menores (0,1-0,7mM/kg) a las de los ensayos in vitro. La posibilidad de reemplazar las inyecciones intraperitoneales de insulina por un tratamiento oral dio lugar a numerosas investigaciones que corroboraron el hallazgo de McNeill. Los numerosos reportes médicos de estudios en modelos animales con sales de vanadio destacan entre sus principales efectos un aumento de la sensibilidad a la insulina, la corrección de deficiencias en la hormona tiroides y la capacidad de prevenir o revertir complicaciones secundarias de la diabetes como cardiopatía, formación de cataratas y excesiva ingestión de líquidos y alimentos.^1 han resultado adecuados ligandos bidentados de bajo peso molecular con un protón ionizable que formen complejos neutros del tipo VO(L-L) 2 y que posean átomos donadores O, N o S, siendo particularment e estables los complejos con oxígeno dada la naturaleza de ácido duro del VO^2 +. Los compuestos de coordinación del ion vanadilo VO^2 +^ poseen por lo general un número de coordinación 5 , particularmente observado con ligandos bi- y tetradentados. La disposición característica de sus enlaces da lugar a una geometría pirámide cuadrada (PC) en donde el átomo de V en el enlace apical V=O se encuentra ligeramente por encima del plano ecuatorial. Otra geometría característic a de este tipo de compuestos es la octaédrica (Oh) con un ligando en la sexta posición, trans al enlace V=O, posición que es comúnmente ocupada por una molécula del solvente o de agua de coordinación. Sin embargo, junto a la actividad antidiabética de las sales de vanadio +5, se observaron desórdenes gastrointestinales, deshidratació n y pérdida de peso, relacionados con el ya mencionado efecto inhibidor del vanadato sobre las proteínas tirosina fosfatasas que son responsables del transporte de los cationes Na+, K+^ y Ca^2 +^ a través de la membrana celular. Aunque la sustitución de vanadato por una sal de vanadio (IV), VOSO 4 , redujo considerablemente estos efectos tóxicos, la necesidad de desarrollar nuevos agentes antidiabéticos de vanadio que resultaran efectivos a dosis más bajas, lejanas del rango tóxico, ya estaba dada. Este hecho se vio favorecido por el creciente desarrollo de la química de coordinación del vanadio IV y V. Una acertada complejación del oxovanadio (IV) con ligandos orgánicos mejoraría su bioabsorción y conduciría a un aumento en la potencia y eficiencia del catión vanadilo. Así, en 1990 se reportó un efecto hipoglicémic o del complejo bis(cisteinatometilester)oxovanadi o (IV), con una eficacia similar al VOSO , y un par de años más tarde el bis(maltolato)oxovanadio Para que los complejos de oxovanadio (IV) puedan ser usados como drogas antidiabéticas orales y sean además efectivos a bajas dosis, resulta clave una buena absorción y permeabilidad de los mismos en el organismo por lo que deben ser capaces de atravesar membrana s biológicas , en general por un mecanismo de difusión pasiva. Por otro lado, debe evitarse la introducción de algún tipo de toxicidad por parte del ligando. Si bien resulta difícil predecir la efectividad oral de un fármaco existen algunos criterios básicos útiles comprendidos en la regla empírica de Lipinski. Esta regla propone que para que sea probable una buena absorción y permeabilidad de una droga, esta debe poseer una masa molar M<500, ser lo suficientemente lipofílica cLogP< 5 (P: coeficiente de partición 1 - octanol/agua), la suma de átomos O y N debe ser menor de 10 y la suma de grupos NH y OH ser menor de 5. A pesar de la naturaleza empírica de la regla, diseñada para predecir fácilmente potenciales problemas de solubilidad y permeabilidad de una droga que afectarían su adecuada absorción, un estudio realizado con 1200 compuestos aprobados hasta el 2002 muestra que el 90 % de las drogas orales cumplen con estos requisitos.^6 4 (IV) resultó de dos a tres veces más efectivo 1,^4 que el VOSO 4 y mejor tolerado que las sales inorgánicas, además de poder ser administrado en el agua de beber. Esto abrió un novedoso campo de investigación en torno a los complejos organo - vanadio como metalofármacos antidiabéticos, activo hasta la fecha. En este artículo se pretende complementar la discusión de los mecanismos de la acción insulino-mimética del vanadio tratados anteriormente^5 con una revisión del desarrollo de complejo s de oxovanadi o (IV) con diferente s modos de coordinación. La evaluación in vitro e in vivo de su potencial efecto antidiabético y los recientes avances en el diseño y modo de administración de dichos complejos. Por otro lado, conviene además que los complejos sean relativamente estables en los fluidos corporales y permanezcan en el organismo por un tiempo lo suficientemente prolongado como para ejercer de modo efectivo su función y llegar hasta sitios claves de la acción de la insulina como son el hígado, tejido adiposo, óseo y muscular. Por último, será necesario que estos agentes estimulen la toma de glucosa o la sensibilidad por
2. Diseño de Complejos la insulina, sin afectar la producción de insulina en el cuerpo. 7,
Dada la menor toxicidad del catión vanadilo y siendo esta la especie dominante del vanadio a nivel intracelular, que es donde se ejerce su efecto insulino-mimético, la síntesis y evaluación de la actividad antidiabética de los compuestos de vanadio se ha orientado principalmente hacia los complejos de oxovanadio (IV) coordinados por ligandos orgánicos. En general,
3. Medición de la Actividad Insulino Mimética
e Hipoglicémica
Un método de comprobada eficacia para la medición de la actividad insulino-mimética in vitro y que posee una buena 38 Revista de QUÍMICA Enero - Diciembre 2007
4. Evaluación del Efecto Antidiabético in vitro
e in vivo en Complejos Vanadilo con diversos
Modos de Coordinación
Muchas variaciones sobre la base estructural del maltol han sido sintetizadas y caracterizadas. En un estudio comparativo in vitro de varios complejos de la familia de las hidroxipironas que incluyó, además del VO(3hp) 2 , BMOV y BEOV, a los complejos bis(alixinato)- y bis(kojato)-oxovanadio (IV) ( Tabla 1 ), se encontró una buena correlación inversa entre la actividad insulinomimética medida en términos del IC y la lipofilicidad
4. 1 Modo de Coordinación VO(O 4 )
Los primeros complejos vanadilo con modo de coordinación VO(O 4 ) que presentaron actividad insulinomimética oral fueron preparados y ensayados en 1990 por Sakurai y colaboradores. Los ensayos en ratas-STZ de los complejos bis(oxalato) - , bis(malonato) - , bis(salicilaldehido) - oxovanadio (IV) y bis(L- tartrato)dioxovanadio (IV) (Tabla 1), establecieron el siguiente orden del efecto hipoglicémic o^13 : 50 expresada como el coeficiente de partición (log P) (Fig. 2 ). El orden de actividad observado fue: 13, VO(alx) 2 > VO(ema) 2 (BEOV) > VO(ma) 2 (BMOV) > VO(3hp) 2 > VO(ka) 2 VO(mal) 2 2 -^ > (VO) 2 (tar) 2 4 -^ > VO(sal) 2 > VO(ox) 22 - Posteriormente, McNeill y colaboradores (1992) prepararon el bis(maltolato)oxovanadio (IV) (BMOV) (Tabla 1). La estructura cristalina del BMOV determinada por rayos X (1995), indica que el complejo tiene una estructura piramidal cuadrada similar al correspondiente complejo hidroxipironato no sustituido, bis(3 - hidroxipironato)oxovanadi o (IV) [VO(3hp) 2 ]. El maltolato es un conocido ligando bidentado que forma complejos de coordinación estables con distintos metales, siendo su precursor el maltol un compuesto no tóxico usado como aditivo en comidas. Otras ventajas son su balance hidrofílico/ hidrofóbico favorable y el hecho de poseer una comprobada eficacia como ligando promotor de la absorción para una variedad de metales, incluyendo Al+^3 , Ga^3 +, In^3 +, Mo^6 +^ y Fe^3 +. El complejo vanadil-alixinato, VO(alx) 2 , que se obtuvo a partir del ajo seco como fuente del flavonoide alixina, dio la mejor actividad insulinomimética in vitro no solo en términos de inhibición de la liberación de FFA (IC ) sino también de la Los estudios in vitro e in vivo del BMOV demostraron que posee una gran actividad hipoglicemiante , aproximadamente 3 veces superior en ensayos agudos y 1, 5 veces más efectivo en tratamientos crónicos que el VOSO 4. En modelos de diabetes tipo 1 (ratas STZ), el BMOV no solo baja los niveles de glucosa en el plasma sino además los de colesterol y triglicéridos sin afectar los niveles de insulina, mejorando la función cardíaca. 50 incorporación de glucosa en adipocitos aislados. Ensayos agudos de la actividad IM de los cinco complejos hidroxipironato en modelos de diabetes tipo 1 (ratones STZ) condujeron a una reducción dramática en los niveles de glucosa en sangre después de una única inyección i.p en caso de los complejos BMOV, BEOV y VO(alx) 2 (5mgV/kg). En contraste, Por otro lado, los ensayos en modelos animales han los complejos hidrofílicos VO(3hp) y VO(ka) no mostraron demostrado también su efectividad en diabetes tipo 2. En ratas Zucker fa/fa, el BMOV mejora significativamente la función secretora de insulina y alivia la intolerancia a la glucosa. En ratas ZDF, el BMOV (0,4-0, 8 mmol/kg) disminuye los niveles de glucosa y triglicéridos del plasma, aunque en este caso el efecto va acompañado de un descenso en la insulina.^14 2 2 efectos hipoglicémicos incluso a mayores dosis (7.5mgV/kg), lo que es consistente con sus bajas actividades IM in vitro. A diferencia del ensayo agudo en que no se observó una diferenci a significativa entre BMOV y VO(alx) 2 , en un tratamiento crónico comparativo de ratones STZ con ambos complejos a dosis bajas y decrecientes ( i.p , diario,1 4 días), el VO(alx) 2 produjo una reducción más marcada de los altos niveles de glucosa en sangre y del %HbA que el BMOV respecto al Hasta el momento, no se ha encontrado un complejo de vanadio de mayor actividad que el BMOV. Su análogo etil sustituido de actividad similar, el bis(etilmaltolato)oxovanadio (IV) (BEOV) es el primer complejo de oxovanadio (IV) ensayado en humanos habiendo completado actualmente la fase 1 de las pruebas clínicas. 1c control (Fig. 3 ). Adicionalmente, en ensayos de tolerancia oral a la glucosa, el VO(alx) 2 mostró una elevación máxima del nivel de glucosa significativamente menor que el control y el BMOV, ambos similares entre sí. 40 Revista de QUÍMICA Enero - Diciembre 2007 Figura 2. Correlación entre la actividad insulina - mimética expresada en función del valor de IC 50 y el coeficiente de partición (log P) de una serie de complejos vanadilo con ligandos de la familia de las hidroxipironas. (Tomado de Sakurai y colab. 2006 13 )
Esta mayor actividad IM del VO(alx) 2 podría estar relacionada con el mayor nivel de vanadio encontrado en el músculo esqueletal de los ratones tratados con este complejo respecto a aquellos tratados con BMOV, un tejido que es importante para la acción de la insulina. El orden general de biodistribución para ambos fue: hueso > bazo > hígado > páncrea s > músculo esqueletal.^15 La sustitución de oxígeno por azufre en el anillo pirona de los ligandos Htma y Hetma (Fig. 4) eliminó eficacia en ensayos agudos más no en ensayos largos, ya sea en ratones ob/ob o ratas diabéticas STZ. La sustitució n por nitrógeno en el heterociclo maltolato, redujo pero no eliminó la eficacia en ensayos agudos en ratas STZ, sin embargo, disminuyó significativamente la solubilidad lo que constituiría un problema potencial para la administración oral. Por otro lado, el VO-alixinato tiene la ventaja de ser oralmente efectivo no solo para la diabetes tipo 1 sino también para la tipo 2 (ratones KK-Ay). Entre otros efectos fisiológicos beneficiosos que lo hacen atractivo para un futuro empleo clínico se encuentran el mantener el peso corporal (efecto antiobesidad), mejoras en el metabolismo de lípidos mediante una disminución de los niveles de colesterol total y reducción de la presión arterial por administración oral diaria durante un mes.^1 Por otro lado, la sustitución por N en el heterociclo maltolato combinada con la sustitución del oxígeno por S, Hmtpp y Hdtpp (Fig. 4 ) , produjo compuestos que fueron menos efectivos que el vanadil sulfato y también insolubles. 14, O (^) OH HO CH 3 O
(a)^ O O
Dosis (mgV/kg) (^) Hama Hima 5 3 1 0. 5 0. 1 S S OH OH O O Htma^ Hetma S (^) S Control BMOV VO(alx) 2^ OH^ OH Tiempo (días) (^) N H N
(b) C BoMnOtrVol
VO(alx) 2 Hmtpp Hdtpp Figura 4. Isómeros estructurales del maltol, alomaltol (Hama) e isomaltol (Hima); derivados tiosustituido s (Htma, Hetma) y tioazosustituido s (Hmtpp y Hdtpp) del BMOV y BEOV. Otra clase de complejos con modo de coordinación O 4 esta formada por el bis(acetilacetonato)- y el bis(etilacetilacetonato) - oxovanadio (IV), VO(acac) 2 y VO(Etacac) 2 respectivamente. En un estudio in vitro el VO(acac) 2 (5-100mM) fue más efectivo que el VOSO 4 en estimular la lipogénesis de células grasas y tuvo idéntica eficacia en la estimulación de la actividad de la proteína kinasa citosólica (CytPTK). Figura 3. (a)Variacione s en el nivel de glucosa en sangre de ratones STZ tratados con BMOV y VO(alx) 2 por inyeccion i.p diaria por 14 días (grupos de 4 - 6 ratones); (b) Niveles de HbA (^1) c en los ratones después del tratamiento. (Modificada de Sakurai y colab. 200615 ). Recientemente se han sintetizado los complejos vanadilo, bis(alomaltolato)oxovanadi o (IV) [VO(ama) ] y bis(isomaltolato) La inyección intraperitoneal (25mmol/kg) de VO(acac) 2 bajó ligeramente los niveles de glucosa en plasma en ratas diabéticas STZ; mientras que el VO(Etacac) 2 a la misma dosis fue inefectivo. En un estudio comparativo , estos complejos y BMOV administrados oralmente en el agua de beber a ratas diabéticas STZ durante 8 semanas (0,125mg/mL) mostraron una débil respuesta, similar entre si y mayor que el VOSO a la misma 2 oxovanadio (IV) [VO(ima) 2 ] con los isómeros estructurales del maltol, 5 - hidroxi- 2 - metil- 4 H - piran- 4 - ona (alomaltol, Hama) y 1 - (3-hidroxi- 2 - furil)etanona (isomaltol, Hima) (Fig. 4 ) , con el objetivo de evaluar su actividad frente al BMOV. Sin embargo, las pruebas in vivo en ratas STZ mostraron que, aunque no tóxicos, ninguno de ellos era tan efectivo como BMOV.^16 4 dosis en cuanto al efecto de reducción de la glucosa. 7, Enero - Diciembre 2007 Revista de QUÍMICA 41 Ni ve l^ d e^
G
lu co sa e n^ sa ng re (m g/ dL
Hb
A^1
(c
Ni ve l^ d e^
G
lu co sa e n^ sa ng re (m
M
4.4 C on Ligandos dinan vía Azufre
La estructur tartrato)dioxovan El descubrimiento de la actividad IM del primer complejo vanadilo conteniendo enlaces V - S en 1990, el trans- bis(cisteinatometilester), VO(cysm) 2 , estimuló la síntesis de otros complejos con tioligandos (Tabla 1). Este complejo es insoluble en agua y administrado en suspensión e n goma arábiga de forma oral directa a ratas STZ, demostró ser más efectivo en normalizar los niveles de glucosa en el plasma que otros complejos con modo de coordinación VO(O 4 ) ensayados en paralelo. Un complejo análogo, con modo de coordinación N 2 S 2 , el bis(n- octilcisteínamido)oxovanadio (IV), naglivan , preparado posteriormente (1993), mostró bajo condiciones comparables una eficacia similar aunque de acción algo retardada.^8 El primer complejo con modo de coordinación VO(S 4 ) evaluado en su actividad IM fue el bis(pirrolidin - N- carboditioato)oxovanadio (IV) [VO(pcd) 2 ] (Tabla 1) , sintetizado en 1994; el complejo es inestable al aire e insoluble en agua pero soluble en varios solventes orgánicos. En ensayos in vitro exhibió un efecto dependiente de la dosis y en ratas STZ mostró ser efectivo en el tratamiento de la diabetes tipo 1, tanto por administración oral (solubilizado en 5% goma arábiga) como intraperitoneal, con un efecto comparable al VO(6mpa) 2.^19 Tabla 1. Complejos antidiabético s de Vanadio clasificados según el modo de coordinación de sus ligandos (Modificado de Sakurai y colab. 2006 20 ) 2 - 22 - 2 2 2 2 2 2 4 2
omplejos c que coor Un tercer tipo de complejo con enlace V - S, lo constituye el
bis(1-óxido- 2 - piridinatiolato)oxovanadio (IV), [VO(opt) 2 ] (Tabla 1) , reportado en 1999, con modo de coordinación VO( S 2 O 2 ). El complejo mostró una fuerte actividad IM in vitro en adipocitos aislados de ratas, siendo aproximadamente cinco veces más efectivo que el VOSO 4 en este sistema (IC 50 = 0,19 vs 0,90 mM). Cabe resaltar que administrado diariamente por vía i.p u oral resulta efectivo no sólo para el tratamiento de modelos animales de diabetes tipo 1 sino también de tipo 2 (ratones diabéticos obesos ob/ob). En este aspecto se asemeja al VO( 6 mpa) 2. Se estudió su mecanismo de acción en ratones ob/ob encontrándose que tenía potencial clínico para el tratamiento de la obesidad en la diabete s tipo 2. No obstante, su análogo oxigenado, el bis(1-óxido- 2 - piridonato)oxovanadio (IV), [VO(opd) 2 ], resultó más efectivo a dosis más bajas para el tratamiento oral de la diabetes tipo 1.^13 4
4. 5 Complejos Dinucleares Vanadio(IV)-Tartrato
a dimérica y la quiralida d del bis(L- adio (IV) de sodio [Na 4 (VO ) 2 (tar) 2 ] (Tabla 1 ) , de coordinación estructural tipo O 4 , hacen de este complejo no sólo una estructura novedosa sino un potencial nuevo agente Enero - Diciembre 2007 Revista de QUÍMICA 43 VO(O 4 ) VO(ox) 2 VO(mal) VO(sal) (VO) (tar) VO(alx) BMOV VO(ka) VO(opd) VO(N 2 O 2 ) VO(pic) 2 VO(6mpa) 2 VO(5ipa) 2 VO(salen) 2 VO(N ) VO(metf) VO(tmpyp)^4 +^ VO(tpps) Complejos con tioligandos VO(cysm) 2 VO(pcd) 2 VO(opt) 2
insulinomimético dados los resultados satisfactorios obtenidos por Sakurai y colaboradores en pruebas in vitro e in vivo.^20 partición y potencial redox de los mismos así como a variaciones en el pKa de los ligandos. Por último, no se encontró ninguna correlación entre la actividad IM y la estructura geométrica de Al evaluar el efecto de la quiralidad introducida por el estos complejos.^13 ligando tartrato sobre la actividad hipoglicémica del complejo, se encontró que los complejos Na 4 (VO) 2 (L-tar) 2 y el Na 4 (VO) 2 (L- tar)(D-tar) exhibieron la más alta actividad insulinomimética in vitro en adipocitos de rata según el criterio del IC 50 , mientras que en las correspondientes sales de amonio no se observó una influencia significativa de la quiralidad.
4.7 Complejos de Vanadio con Potencial Sinérgico
Una estrategia novedosa en el diseño de complejos como potenciales metalofármacos consiste en la búsqueda de un efecto sinérgico metal-ligando. En este sentido, se han desarrollado diversos complejos oxovanadio (IV) con ligandos que poseen una estrecha relación estructural con conocidas drogas hipoglicémicas de uso oral para el tratamiento de la diabetes tipo 2. Dados los resultados favorables de las pruebas in vitro para el complejo racémico y el isómero L, se realizaron pruebas in vivo encontrándos e que luego de una única administración oral (20mgV/kg) , la hiperglicemi a de los ratones STZ fue mejorando a casi un estado normoglicémico. Sin embargo, dado que los resultados para el isómero L fueron menos dispersos que para el racémico, se administró este por 10 días bajo una dosis oral diaria variable (0-20mgV/kg) de acuerdo al nivel de glucosa en sangre, observándose grupos de alta respuesta y baja respuesta; sólo el grupo de alta respuesta presentó un Las biguanidinas son hipoglicémicos orales frecuentemente prescritos para el tratamiento de la diabetes tipo 2 ; disminuyen la resistencia a la insulina a través de una reducción en la producción hepática de glucosa y sin estimular la secreción de insulina. efecto normoglicémic o que se mantuvo tratamiento. 13, mientras duró el Entre varios complejos vanadilo con biguanidinas sintetizados y evaluados en su actividad IM, el complejo con el fármaco antidiabétic o metformina , bis(N’,N’ - dimetil-biguanidato)
4.6 Complejos con Aminoácidos oxovanadio (IV), [VO(metf) 2 ] (Tabla 1) , mostró una actividad
similar al BMOV por administración oral directa en ratas STZ, más no así por inyección i.p.^14 La ausencia del esperado efecto aditivo o sinérgico se atribuye a la gran diferencia en las dosis óptimas para una similar efectividad IM entre metformina y vanadio (entre 10 - 103 ). El primer reporte de un complejo VO-aminoácido con un débil efecto hipoglicémico , bis(glicinato)oxovanadi o (IV) [VO(gly) 2 ], data de 1993. Un estudio más amplio de una serie de complejo s con modo de coordinació n VO(N 2 O 2 ) involucrando ligandos tetradentados del tipo etilendiamina difuncionalizad a con diferente s aminoácido s (Fig. 5 ) , fue Similarmente, cuatro compuestos conteniendo tiazolidindionas, familia a la que pertenece la rosiglitazona, otro conocido fármaco antidiabético de uso oral, fueron usados como ligandos para evaluar una potencial acción sinérgica. Un rango mucho más cercano al del vanadio en las dosis terapéuticas sugirió que estos compuestos constituían mejores candidatos que las biguanidinas.^14 emprendido por Sakurai y colaboradores en 1998. R = 1 R 2 = H R 2 R (^1) R = H; R = CH N O 1 2 3 R = 1 CH 3 ; R 2 = H R = 1 i-Pr; R 2 = H R = 1 (CH 2 ) 2 SC H 3 ; R 2 = H R - R = (CH ) OH N R O HO R (^1 21 2 2 ) Figura 5. Ligandos tipo etilendiamin a difuncionalizad a con diferentes aminoácidos. Las tiazolidindionas actúan aumentando la sensibilidad a la insulina reduciendo así los niveles de glucosa e insulina. El mecanismo involucra la regulación de diversas rutas metabólicas en las que intervienen la lipoproteína lipasa, transportadores de glucosa y rutas de señalización de insulina a través de la activación del receptor PPARg. Luego de la preparación y caracterización por rayos X que reveló una coordinación octaédrica distorsionada completada con una molécula de agua, se evaluó su actividad insulinomimétic a tanto in vitro como in vivo. Los ligandos se sintetizaron uniendo la parte funcional activa de las tiazolidindionas al ácido kójico, un buen agente quelante, cuyo complejo con V(IV) tiene a la vez actividad IM (Fig. 6 ). Usando el criterio del IC 50 , se encontró que los complejos de vanadio que contenían D-aminoácidos tenían en general actividades IM más altas (en caso de la alanina hasta 20 veces mayor) que los isómeros L. Asimismo, se relacionó la mayor actividad de los complejos con D-aminoácidos con la baja sensibilidad de su efecto IM a variaciones en el coeficiente de 44 Revista de QUÍMICA Enero - Diciembre 2007
luego de su administración oral o i.p. Se demostró así, que la mayor parte del BEOV marcado se descompone al ingresar en el torrente sanguíneo, con la fracción intacta persistiendo por menos de una hora luego de su administración oral directa. complejo más tiempo intacto en el plasma, retardando así su tránsito de la sangre a los tejidos, disminuyendo su velocidad de eliminación como VO^2 +^ y aumentando por ende su eficacia. Además, el aducto podría aumentar la resistencia a la oxidación de un complejo fácilmente oxidable. Por otro lado, estudios de monitoreo por EPR del ion vanadilo en el sistema circulatorio realizados por Sakurai y colaboradores, mostraron que este desaparecía rápidamente , especialmente cuando se introducía por vía intravenosa como solución de VOSO (t = 5 min).
6. Ensayos en Humanos
En vista de la comprobada eficacia de numerosos complejos de vanadio (IV) como agentes antidiabético s en modelos animales , surgió la interrogant e de si este efecto sería reproducible en pacientes humanos. 4 1/ Otro aspecto clave a considerar son las posibles interacciones de los complejos vanadilo con las biomoléculas presentes en el organismo capaces de actuar como potenciales ligandos, lo cual puede tener profundos efectos en el metabolismo pudiendo afectar su biodistribución, biotransformación y el mecanismo de acción. Los primeros ensayos con sales de vanadio se completaron a mediados de lo 90’s en dos centros de investigación de la diabetes en EE.UU.^1 En el caso de los pacientes con diabetes tipo 1 , la terapia con NaVO 3 (12 5 mg/día, 2 semanas), causó una disminució n pequeña pero significativa en los requerimientos diarios de insulina y una mejora en la utilización de glucosa en dos de cinco pacientes. En pacientes con la tipo 2 , aunque no condujo a un cambió en la dosis del agente hipoglicémic o oral, aumentó la sensibilida d a la insulina. Similarmente, el tratamiento con VOSO disminuyó la resistencia En el caso particular del vanadio, numerosos estudios han demostrado su compleja bioquímica, que involucra una marcada tendencia a coordinar con diversos ligandos del sistema circulatorio y del medio intracelular, tanto grandes (transferrina, albúmina) como pequeños (citrato, ascorbato, glutationa , lactato). Estudios recientes de modelación de especies vanadilo exógenas presentes en el organismo realizados con BMOV, VO(pic) 2 y su derivado VO(6mpa) concluyeron que el 90 % de los iones 4 a la insulina en pacientes con la tipo 2 , produjo una ligera 2 reducción^ de^ la^ glucosa^ plasmática^ en^ ayunas^ y^ del^ %HbA^ , VO^2 +^ en el sistema circulatorio estaría ligado a aniones citrato. Estudios cinéticos posteriores de caracterización de complejos en formació n corroboraro n que el ligando maltol sería rápidamente reemplazado por otros más potentes.^1 1c así como una mejora en la toma de glucosa mediada por la insulina y en la supresión de la producción hepática de glucosa.^24 Se observó buena tolerancia y los efectos adversos se limitaron a desórdenes GI leves; tampoco se encontró aumento del stress oxidativo en los individuos.^1 Por otro lado, también hay que tomar en cuenta las interacciones de los complejos de vanadilo con las proteínas transportadoras de vanadio en el plasma, apotransferrina (apo- Tf) y albúmina (HSA). Aunque la albúmina es la proteína de mayor concentración en la sangre (0,6 5 mM), la afinidad de la apotransferrina por el catión vanadilo es aproximadamente diez veces mayor, por lo que posee una fuerte tendencia a desmetalar al complejo. Un estudio más largo ( 6 semanas), empleando una dosis escalonada de hasta ~1mmol V/día como VOSO 4 , fue bien tolerada por 10 de 11 pacientes con diabetes tipo 2. Sin embargo, la mejora observada en el control glicémico (20% de reducción de glucosa en plasma y 10 % de reducción del %HbA 1 c) y sensibilidad a la insulina fue en todos los casos modesta. 1, Esto se atribuye a las bajas dosis de vanadio usadas en los ensayos humanos para evitar posibles efectos tóxicos (de 10 a 20 veces menores que aquellas usadas en la mayoría de estudios animales) y terapias mas cortas. 3, Las interacciones del BMOV con la apo-Tf y HSA, fueron estudiadas en detalle usando EPR de temperatura variable.^23 Se encontró que la apotransferrina, liga fuertemente al ion VO^2 +, induciendo la completa disociación del complejo vanadilo. En contraste, la HSA forma un aducto estable con el BMOV, VO(ma) 2 - HSA, lo que permitiría la entrega del complejo intacto a sitios claves para su acción. Asimismo, se observó que la variabilidad de respuesta entre diferentes individuos fue demasiado alta. Esta diferencia en resultados frente a un mismo compuesto se había observado también en ensayos animales al extremo que en muchos de ellos los animales se dividiero n en dos grupos según respondieron o no al tratamiento. 1,1^4 Entre las posibles causas se encuentran tanto factores fisiológicos como la severidad de la enfermedad al inicio del tratamiento, la presencia o ausencia de reservas endógenas de insulina, la cantidad de sacarosa incluida en la dieta e insuficienci a renal como factores relacionados con el metabolismo, biodistribución y los procesos Esto introduce una función adicional en el ligando orgánico el que, además de promover la bioabsorción, pueda influenciar la capacidad del complejo de ligarse parcial o totalmente a la albúmina formando un complejo ternario o aducto lo suficientement e estable para contrarresta r en parte la desmetalación inducida por la apotransferrina y mantener al 46 Revista de QUÍMICA Enero - Diciembre 2007
biomoleculares.^1 Por otra parte, cabe mencionar que el modo de administración juega un rol muy importante puesto que existen profundas diferencias de respuesta a una droga ingerida oralmente de manera lenta, en agua o alimentos, vía cánula (directamente al estómago) o por inyección i.p. glucosa- en los diversos complejos ensayados demuestra que, contrariamente a lo que podría pensarse en base a la temprana disociación observada durante el proceso de absorción de los complejos vanadilo y su tendencia a complejarse a diversas biomoléculas presentes en el organismo, los ligandos orgánicos influencian en alto grado la actividad IM, por lo que todo el complejo en conjunto necesita ser considerado al evaluar su efectividad farmacéutica así como toxicidad. El primer ensayo humano usando un complejo de oxovanadio (IV), el BEOV, completó su fase clínica I el año 2000. El estudio se realizó con cuarenta voluntarios sanos (no diabéticos) entre hombres y mujeres esterilizadas de 18 a 45 años, a los cuales se les dividió en 6 grupos de 4 , administrándoseles a 5 grupos una única dosis escalonada entre 10 y 90 mg de BEOV y al sexto grupo una de 50 mg de VOSO 4. En general, se ha observado que existen varios factores que contribuyen a incrementar el efecto terapéutico de un fármaco de vanadio:^1 El adecuado balance de lipofilicidad e hidrofilicidad necesario para su efectividad oral. Un rango apropiado de estabilidad para los complejos VOL 2 : por un lado, deben ser lo suficientement e estables para evitar una degradación por hidrólisis antes de la absorción y por otro, no serlo demasiado, puesto que aquellos que disocian con dificultad tienden a no poseer actividad insulina mimética in vivo. En este sentido, cabe mencionar una serie de complejos 5 - carboalcoxipicolinato - vanadio (IV, V), recientemente sintetizados por Crans y colaboradores, que son suficientemente estables para no sufrir disociación en el estómago y minimizar así los desórdenes gastrointestinales. Complejos con ligandos no tóxicos como maltol o etilmaltol deben ser preferidos sobre otros que aunque de similar potencia contienen ligandos con un conocido problema de toxicidad como acetilacetonato o picolinato. Complejos con ligandos que inhiban una prematura oxidación redox de V(IV) a V(V). Presencia de ligandos que favorezcan la unión total o parcial del complejo a las proteínas transportadoras de vanadio, transferrina y HSA. La mayor actividad del BMOV se ha relacionado con la formación de un aducto estable con la albúmina.^23 Uso de ligandos farmacológicament e activos per se que introduzcan un potencial efecto sinérgico. Es el caso de los ya mencionados complejos vanadilo con los conocidos hipoglicemiantes orales metformina y tiazolidindionas y, con alixina, un principio activo antioxidante del ajo. Los objetivos del estudio fueron: (1) Establecer la no toxicidad y la tolerancia de individuos sanos a dosis orales crecientes de BEOV, (2) Determinar la farmocinética de modestas dosis de BEOV a partir de parámetros plasmáticos, urinarios y fecales, (3) Comparar la biodisponibilidad de dosis orales de BEOV y VOSO 4 molarmente similares y, (4) Estudiar los efectos del ayuno y alimentación sobre la biodisponibilidad del BEOV. No se observaron efectos adversos sobre ninguno de los voluntarios; las funciones gastrointestinales del hígado y riñones así como los parámetros sanguíneos permanecieron dentro de los niveles normales a través de todo el estudio. El análisis farmocinético demostró que la eliminación total de vanadio en orina y heces durante un período de 72 horas, medida como porcentaje de la dosis administrada (%AD (^) orina+ %ADheces), fue menor del 100 % para todas las dosis excepto para la menor. Esto indica que ocurre una acumulación del vanadio no eliminado en los tejidos, principalmente en hueso. Comparando dosis similares de BEOV y VOSO 4 se encontró que el VOSO 4 es absorbido más lentamente (mayor Tmáx, tiempo que tarda en alcanzar la máxima concentración) y alcanza una mucho menor concentración plasmática máxima (C (^) máx). Además, presenta un menor porcentaj e de eliminación en la orina (%AD (^) orina) y su eliminación renal es más lenta. Por otro lado, se encontró para el BEOV una biodisponibilidad tres veces mayor que para una dosis equivalente de VOSO 4 , corroborando resultados anteriores en animales experimentales. En conclusión, quedó demostrada una clara ventaja en el aspecto farmocinétic o del BEOV frente al VOSO 4. Finalmente, se encontr ó que la alimentación ejerce un efecto negativo, disminuyendo drásticamente la biodisponibilida d del BEOV, por lo que debería ser administrado antes de las comidas.^1 Aparte de un diseño apropiado de complejos de vanadio que potencie su actividad IM a bajas dosis, se han desarrollado métodos alternativo s de administració n que aumenta n la biodisponibilida d del vanadio y disminuyen la incidencia de desórdenes gastrointestinales. La coadministración de diversos mono- y dihidroxamatos de L-aminoácidos junto con sales de V(IV) o V(V), potencia la acción hipoglicemiante del vanadio en ratas STZ, probablemente por formación de un quelato in vivo en alguna etapa del metabolismo de ambos.^14 El ligando al complejar al vanadio in situ en el organismo actuaría como un transportador hidrofóbico
7. Avances Recientes en el Diseño y Modo de
Administración
El hecho que se haya observado un amplio rango de respuestas - desde ninguna hasta 100 % de reducción de la Enero - Diciembre 2007 Revista de QUÍMICA 47
