14. Od Aspirínu k Viagre PETER SZOLCSÁNYI Som hlboko presvedčený o tom, že väčšina ľudí bude súhlasiť s tvrdením, že zdravie je to najcennejšie, čo máme. Aj keď paradoxne, túto dôležitú skutočnosť si častokrát uvedomíme až vtedy, keď ochorieme. Ale potom nám už neostáva nič iné, len sa liečiť a to bez farmakologických prípravkov (takmer) nejde. Lieky 1 sú v podstate biologicky aktívne organické zlúčeniny s definovaným fyziologickým účinkom v organizme. Táto (skoro) definícia zahŕňa napríklad aj látky prírodného charakteru vo forme extraktov či už z baktérií, rastlín alebo živočíchov. Nakoniec značné množstvo dnes používaných antibiotík (penicilín, tetracyklín, erytromycín) sú molekuly, ktoré boli pôvodne biosyntetizované rôznymi mikroorganizmami na ich sebaobranu. Aj účinné cytostatikum Taxol (pozri ďalej), ktoré sa v súčasnosti používa na liečbu rakoviny prsníka a vaječníkov, je látka izolovaná z kôry tisu pacifického (Taxus brevifolia). Ale vzhľadom na enormné ekonomické náklady, ktoré sú spojené s izoláciou a čistením aktívnych substancií z prírodných zdrojov, sa drvivá väčšina liekov v súčasnosti pripravuje výlučne synteticky. Moderné preparatívne metódy organickej chémie totiž nielen že umožňujú ich lacnejší spôsob výroby, ale najmä ponúkajú aj potrebnú variabilitu procesov nevyhnutnú pre výskum a vývoj nových a účinnejších liečiv, 2 než aké nám poskytuje príroda. Zázračná molekula pána Hoffmanna Existuje niekoľko dobrých dôvodov sa domnievať, že Aspirin (obr. 14.1a) bezpochyby patrí medzi najdôležitejšie lieky, aké kedy človek objavil. Ten prvý dôvod je určite jeho široká dostupnosť pre milióny pacientov na celom svete s vynaložením iba malých finančných nákladov. Ďalej je to jeho relatívne bezpečné užívanie aj bez potrebnej konzultácie u lekára, takmer nulové riziko vzniku závislosti, ako aj mimoriadne nízka toxicita. A práve vďaka týmto 225
výhodným vlastnostiam bol Aspirin po dlhý čas najpoužívanejšie liečivo na svete, čím priniesol obrovské bohatstvo nemeckej firme Bayer, ktorá ho ako prvá uviedla na trh v roku 1899 (áno, pred vyše storočím!). A nielen jej, ale aj ďalším chemickým spoločnostiam, ktoré si po uplynutí patentovej ochrany v roku 1918 boli schopné ukrojiť svoj podiel z lukratívneho farmaceutického biznisu. A nakoniec, kyselina acetylsalicylová, ako sa retrospektívne ukázalo, predstavuje mimoriadny prínos pre biomedicínske vedy. Experimentálne zistenie mechanizmu jej účinku hralo totiž kľúčovú úlohu pri objave arachidónovej biochemickej kaskády, jednej z dôležitých súčastí obranyschopnosti ľudského organizmu. 3 Za kľúčový príspevok k objasneniu jej významnej biologickej funkcie bola dokonca v roku 1982 udelená Nobelova cena za fyziológiu a medicínu (S. K. Bergström, B. I. Samuelsson, J. R. Vane). Obr. 14.1. a) Aspirin, b) kyselina salicylová. V súčasnosti je už známa asociácia rôznych fyziologických procesov spojených s arachidónovou kaskádou a pomerne frekventovaného výskytu infarktu myokardu, mozgovej porážky, reumatizmu a rôznych alergií u ľudí. Zdá sa, že spoločným menovateľom spomínaných civilizačných ochorení sú patologické zápalové procesy, ktoré bez adekvátnej terapeutickej odpovede predstavujú vážne zdravotné riziká. Dnes už existuje mnoho účinných prípravkov na znižovanie horúčky (antipyretiká), potláčanie prejavov bolesti (analgetiká) a zápalu (antiflogistiká), hoci len málo z nich v skutočnosti lieči pôvodnú príčinu ochorenia. Aspirin je liek, ktorý obsahuje ako účinnú zložku kyselinu acetylsalicylovú a je exemplárnym príkladom toho, ako pomerne malá štruktúrna zmena v rodičovskej molekule môže viesť k takému dramatickému zlepšeniu farmakologických vlastností. Už od čias Hippokrata (2 500 rokov pred n. l.) sú totiž dobre známe antipyretické a analgetické účinky extraktu z vŕby bielej (Salix alba), ktoré boli využívané pri znižovaní horúčky a liečbe bolesti. 4 Ako sa v sedemdesiatych rokoch 18. storočia zistilo, za pozorovaný farmakologický efekt je zodpovedná (obr. 14.1b) kyselina sa- 226
licylová (lat. salix = vŕba). Prvé syntetické metódy jej prípravy boli vyvinuté v Nemecku a firma Heyden Chemical Company ju následne začala vyrábať a predávať ako liek. Pomerne rýchlo sa začala hojne používať nielen ako antipyretikum, ale aj ako efektívne analgetikum na znižovanie bolesti spojenej s reumatizmom, artritídou a neuralgiou. Kyselina salicylová však ani zďaleka nebola ideálnym liečivom. Užívala sa totiž vo forme roztoku s tak odporne horkou chuťou, že často vyvolávala u pacientov až vracanie. Navyše spôsobovala ťažké podráždenie tráviaceho traktu, ktoré mohlo skončiť napríklad aj život ohrozujúcim krvácaním prasknutého žalúdočného vredu. Oba problémy spoločne vyriešili dvaja zamestnanci nemeckej firmy Bayer, chemik Felix Hoffmann a farmakológ Heinrich Dresser, ktorí v roku 1898 zosyntetizovali a otestovali acetylovaný derivát kyseliny salicylovej a Aspirin bol na svete. Zistili totiž, že pripravená zlúčenina si zachovala silné analgetické a antipyretické účinky kyseliny salicylovej, ale zároveň predstavovala oveľa bezpečnejšiu alternatívu aj z hľadiska toxicity a navyše sa podstatne zvýšil komfort užívania. Kyselina acetylsalicylová už nemá nepríjemnú horkú chuť rodičovskej molekuly, ale nakoľko sa zle rozpúšťa vo vode, firma Bayer sa rozhodla dodávať liek vo forme stlačených tabliet, ktoré by sa po užití následne rozpadli v žalúdku na prášok. V dôsledku tohto jednoduchého farmaceutického riešenia sa Aspirin stal prvým komerčne dostupným liečivom na svete predávaným v pevnej tabletovej formulácii. Ako už bolo skôr spomenuté, na trh bol uvedený v roku 1899 a vďaka jeho unikátnym farmakologickým vlastnostiam získal prívlastok liek 20. storočia. Dokonca v roku 1950 bol zapísaný aj do Guinessovej knihy rekordov ako najpredávanejšie analgetikum na svete! Priemyselná výroba kyseliny acetylsalicylovej je pomerne jednoduchá, chemicky ide o dvojstupňovú syntézu. V prvom kroku sa fenol nechá v zásaditých podmienkach (NaOH) zreagovať s oxidom uhličitým (CO 2 ) a po okyslení reakčnej zmesi sa získa kyselina salicylová (kyselina 2-hydroxybenzoová). Tá sa následne podrobí acylácii pomocou anhydridu kyseliny octovej (acetanhydridu) a Aspirin je hotový (obr. 14.2). Silné analgetické, antipyretické a antiflogistické účinky kyseliny acetylsalicylovej sú dôsledkom jej unikátnej schopnosti ireverzibilne (nevratne) inhibovať cyklooxygenázu (COX), enzým zodpovedný za syntézu prostaglandínov (PG). Ide o lokálne lipidové hormóny produkované ľudským organizmom, ktorých úlohou je okrem iného aj prenos informácie o bolesti do mozgu, modulácia termostatu v hypotalame a iniciácia zápalu. Čiže prostredníctvom inhibície vzniku prostaglandínov Aspirin redukuje vnímanie bolesti, znižuje horúčku a celkovo potláča zápalové procesy. Neustále sa však objavujú stále nové medicínske aplikácie tohto lieku. Zistilo sa napríklad, že efektívne 227
Obr. 14.2. Dvojstupňová syntéza kyseliny acetylsalicylovej. potláča zhlukovanie trombocytov (antikoagulans), ktorých správne fungovanie je nevyhnutné pre zrážanie krvi. To znamená, že v krvnom obehu nedochádza k vzniku krvných zrazenín (trombov) a teda dlhodobé užívanie nízkych dávok (10 20 mg/deň) kyseliny acetylsalicylovej významne znižuje riziko mozgovej príhody alebo infarktu myokardu. Najčerstvejšie výsledky výskumu jej farmakologických vlastností naznačujú, že preventívne užívanie prispieva aj k ochrane pred rakovinou hrubého čreva. Ako každý liek, samozrejme aj Aspirin má isté vedľajšie účinky. Veľká väčšina z nich však nemá závažný charakter, 5 opatrnosť ale musí byť zachovaná u detí a mladistvých pre možnosť vzniku Reyeovho syndrómu. Ide o nebezpečnú komplikáciu, ktorá nastáva v súvislosti s užívaním kyseliny acetylsalicylovej pri horúčkových vírusových ochoreniach a má zlú prognózu (poškodenie mozgu a pečene). Liečime chorú dušu Jedným z najväčších úspechov farmakológie druhej polovice 20. storočia bol dozaista objav a následné terapeutické využívanie syntetických molekúl na liečbu symptómov duševných porúch. Náhla zmena v (ne)dostupnosti účinných liekov, ktoré dnes tak efektívne pomáhajú pacientom s príznakmi schizofrénie, depresie a úzkosti, podstatným spôsobom zmenila náš pohľad na tieto ochorenia a dnes ich už stále viac vnímame ako záležitosti organického pôvodu. Antipsychotiká dokonca viedli až k radikálnej zmene dovtedajšieho manažmentu duševných chorôb, nakoľko prispeli okrem iného aj k uzavretiu pôvodných psychiatrických kliník, v ktorých boli nebezpeční blázni izolovaní od zvyšku normálnej spoločnosti. Prakticky všetky psychiatrické liečivá používané v súčasnosti fungujú na princípe ovplyvňovania komunikačného systému mozgu. Jeho hlavnou súčasťou sú signálne molekuly, tzv. neurotransmitery, ktorých je viac ako 50 228
Obr. 14.3. Výber najdôležitejších neurotransmiterov ľudského mozgu. rôznych druhov a každý z nich je rozpoznávaný špecifickým receptorom na povrchu nervových buniek. 6 Štruktúrne ide o aminokyseliny a (hetero)aromatické amíny (obr. 14.3), ktoré chemickým spôsobom zabezpečujú prenos vzruchu vo forme elektrického signálu v synaptickej štrbine medzi dvoma interagujúcimi neurónmi. S výskytom depresívnych stavov u postihnutých pacientov sú najčastejšie spájané dva konkrétne neurotransmitery. Kým noradrenalín pomáha mozgu upriamovať jeho pozornosť na informácie prichádzajúce z okolitého sveta, serotonín (5-hydroxytryptamín) hrá kľúčová úlohu v určovaní našej nálady a emocionálneho rozpoloženia. Zistilo sa, že práve patologicky nízke koncentrácie serotonínu v mozgu depresívnych pacientov sú zodpovedné za ich vážne psychické ťažkosti. 7 Jednou z možností farmakologickej intervencie je teda ovplyvnenie mechanizmu jeho odbúravania, ktoré sa fyziologicky deje prostredníctvom tzv. amínových púmp. Ide o kaskády biochemických reakcií, ktoré inaktivujú a recyklujú použitý neurotransmiter následne po jeho uvoľnení z aktivovaných nervových buniek. V súčasnosti najpredávanejšie antidepresívum (obr. 14.4) Prozac (fluoxetín) funguje práve ako mimoriadne účinný inhibítor serotonínovej pumpy. Priamym dôsledkom jeho činnosti je teda fakt, že koncentrácia serotonínu 8 v synapsách neklesá, čím účinok neurotransmitera pretrváva dlhší čas a psychické ťažkosti sú preč. Dôležitou vlastnosťou fluoxetínu je jeho vysoká selektivita voči serotonínu, čiže len zanedbateľne ovplyvňuje metabolizmus iných signálnych amínov, napríklad noradrenalínu. To ale znamená, že dnes 229
Obr. 14.4. Antidepresívum Prozac (fluoxetín). taký populárny Prozac má podstatne menej vedľajších účinkov a je zároveň oveľa bezpečnejší ako staršie antidepresíva (imipramín, amitriptylín), pri ktorých existovalo vážne zdravotné riziko pri prípadnom predávkovaní. 9 Prvá patentovaná syntéza racemického fluoxetínu (Eli Lilly, USA, 1974) využíva ako východiskové látky acetofenón, paraformaldehyd a dimetylamín, ktoré Mannichovou reakciou poskytnú 3-dimetylaminopropiofenón. Redukciou ketónu diboránom (B 2 H 6 ) a následnou nukleofilnou substitúciou hydroxyskupiny pomocou tionylchloridu (SOCl 2 ) sa získal príslušný halogénderivát. Jeho substitúciou za 4-trifluórmetylfenol v bázických podmienkach a finálnou N- -monodemetyláciou s použitím brómkyánu (BrCN) a hydroxidu sodného (KOH) sa nakoniec pripravil žiadaný antidepresant Prozac (obr. 14.5). Obr. 14.5. Prvá patentovaná syntéza racemického fluoxetínu (Eli Lilly). 230
Keď ide o život V 60. rokoch minulého storočia začal americký Národný onkologický ústav (National Cancer Institute, NCI) v spolupráci s Ministerstvom poľnohospodárstva (U.S. Department of Agriculture, USDA) rozsiahly program biologického skríningu extraktov získaných z rôznych prírodných zdrojov. Jedna z testovaných vzoriek, zhodou okolností extrakt z kôry pacifického tisu (Taxus brevifolia), vykazovala silný protinádorový účinok na rôznych líniách tumorov u potkanov. Skvelé predbežné výsledky následne iniciovali intenzívny výskum s cieľom identifikácie aktívnej zlúčeniny zodpovednej za pozorovaný efekt. Aj napriek enormnému vedeckému úsiliu však trvalo ešte ďalších 5 rokov, kým konečne v roku 1971 M. C. Wani so spolupracovníkmi izolovali aktívnu molekulu v čistom stave a vyriešili jej chemickú štruktúru na základe röntgenovej kryštalografickej analýzy. Zistilo sa, že za signifikantný cytotoxický účinok extraktu z tisu je zodpovedný pomerne komplexný polyhydroxylovaný diterpén. Táto organická zlúčenina dostala názov (obr. 14.6) Taxol (paklitaxel). Obr. 14.6. Taxol. Napriek jeho dobre zdokumentovanej a výnimočnej biologickej aktivite, záujem o paklitaxel bol nepochopiteľne vlažný až do roku 1979. Vtedy sa skupine biochemikov pod vedením S. B. Horwitza konečne podarilo odhaliť mechanizmus jeho silného cytotoxického účinku. Zistilo sa, že Taxol indukuje polymerizáciu tubulínu do mikrotubúl, ktoré následne stabilizuje až do tej miery, že nakoniec dochádza k prerušeniu mitózy. 10 A práve objav dovtedy bezprecedentného spôsobu antinádorovej aktivity okamžite urobil z paklitaxelu nádejný prototyp novej triedy liečiv proti rakovine. Z obnoveného vedeckého záujmu o Taxol však paradoxne vyvstal jeden technický problém. Keďže mnoho výskumných skupín vo svete začalo uskutočnovať 231
jeho klinické testy, bolo nevyhnutné zabezpečiť na tieto účely dodávky značného množstva paklitaxelu. Tis pacifický ako jeho jediný známy prírodný zdroj však okrem toho, že patrí medzi prísne chránené rastliny, je zároveň aj jedným z najpomalšie rastúcich stromov. Na získanie paklitaxelu je ale potrebné celý strom zoťať a navyše jeho obsah v kôre je pomerne nízky. Prvé úspešné extrakcie poskytovali výťažok len okolo 0,02 %. Odhaduje sa, že na liečbu jedného onkologického pacienta by bolo potrebné obetovať približne šesť 100-ročných tisov. Z environmentálneho 11 a finančného hľadiska bolo teda vylúčené, aby sa Taxol vyrábal takýmto spôsobom. Našťastie, rýchlo sa podarilo nájsť riešenie tohto vážneho problému. Zistilo sa totiž, že v ihličí a vetvičkách tisu obyčajného (Taxus baccata), ktorý sa hojne vyskytuje v Európe, sa nachádza štrukturálne príbuzný analóg paklitaxelu nazvaný 10-deacetylbakatín III. Hoci extrakcia tohto prekurzoru a následná semisyntéza sú pomerne náročné (obr. 14.7), v každom prípade ide o plne obnoviteľný prírodný zdroj a týmto spôsobom sa nakoniec podarilo vyrobiť dostatočné množstvá paklitaxelu na úspešné zavŕšenie klinických testov. Obr. 14.7. Semisyntéza paklitaxelu z 10-deacetylbakatínu III. Ich prvé výsledky v roku 1989 ukázali, že Taxol vykazuje mimoriadne sľubnú cytotoxickú aktivitu voči rakovine vaječníkov v pokročilom III./IV. štádiu a o tri roky na to ho americký Úrad na kontrolu liečiv (Food and Drug Administration, FDA) povolil používať v praxi. Neskôr sa zistili jeho ďalšie významné antineoplastické účinky a od roku 1994 je paklitaxel primárne indikovaný u pacientok s karcinómom prsníka. V súčasnosti sa používa aj na liečbu nemalobunkového karcinómu pľúc u pacientov, u ktorých primárne nie je možné uskutočniť radikálny spôsob liečby (chirurgický výkon alebo ožiarenie). Taxol je takisto indikovaný v sekundárnej terapii Kaposiho sarkómu u pacientov s AIDS. Je evidentné, že zavedenie paklitaxelu do klinickej onkológie znamenalo významný posun v zavádzaní neinvazívnych (chemo- 232
terapeutických) liečebných postupov a zároveň podstatným spôsobom zvýšilo šance pacientov na prežitie. Ale náklady na produkciu tohto zázračného lieku sú aj napriek jeho semisyntéze ešte stále enormné a predstavujú najvážnejší limitujúci faktor. Zdá sa teda, že jediné reálne riešenie tohto vážneho problému môže v budúcnosti poskytnúť len syntetická organická chémia, ktorej prvé výsledky v tejto oblasti už uzreli svetlo sveta. Dodnes bolo publikovaných už 5 rôznych totálnych syntéz Taxolu, ktoré sa z akademického hľadiska považujú za fascinujúci intelektuálny výkon, 12 ale z rôznych praktických dôvodov ešte zatiaľ nepredstavujú reálnu alternatívu k jeho súčasnej semisyntéze. Dôvodom je pomerne značný počet syntetických krokov a tým nízky celkový výťažok paklitaxelu. Na druhej strane, univerzálnosť a modularita totálnej syntézy už umožnila prípravu tisícov dizajnovaných derivátov, ktoré boli a priebežne sú testované na ich biologickú aktivitu s cieľom prípravy ešte účinnejších a menej toxických liečiv na báze prírodného Taxolu. A tie sú obrovskou nádejou pre všetkých súčasných aj budúcich onkologických pacientov. Kvalitný sex je dôležitý Štatistiky hovoria jasnou rečou: údajne viac než polovica mužov nad 40 rokov má problémy so získaním alebo udržaním erekcie. Vzhľadom na to, že sex nepochybne patrí medzi jednu z najpríjemnejších životných potrieb, ide z hľadiska duševného zdravia o vážny problém. Len v USA postihuje erektilná dysfunkcia (ED) približne 30 miliónov mužov. Má mnoho rôznych príčin a medzi najčastejšie z nich patria kardiovaskulárne problémy, vysoká hladina cholesterolu, hypertenzia, obezita a dysfunkcia prostaty. Dôvodom však može byť aj depresia, úrazy chrbtice, niektoré lieky, nadmerný stres, alkohol a samozrejme fajčenie. Dnes sa však už nepríjemné sprievodné znaky erektilnej dysfunkcie dajú veľmi účinne korigovať existuje totiž zázračná modrá pilulka (obr. 14.8) charakteristického tvaru s názvom Viagra (sildenafil). Ako vlastne uzrela svetlo sveta? V roku 1989 zosyntetizovali medicinálni chemici americkej farmaceutickej firmy Pfizer molekulu s pôvodným označením UK-92,480 (neskôr sildenafil), ktorú vyvíjali v rámci kardiovaskulárneho programu ako potenciálne nové liečivo na terapiu hypertenzie a anginy pectoris. Výsledky I. fázy klinických skúšok, 13 ktoré následne prebehli v rokoch 1989 1994 v Anglicku, však neboli z hľadiska cieľovej diagnózy vôbec optimistické a farmakodynamické štúdie boli zastavené. Pri detailnom vyhod- 233
Obr. 14.8. Viagra. nocovaní diagnostických hárkov sa však nečakane zistilo, že podstatná časť mužských dobrovoľníkov jednotne uvádzala kvalitnú a pretrvávajúcu erekciu ako vedľajší efekt užívania testovanej zlúčeniny. Sildenafil bol následne v roku 1996 patentovaný, angina pektoris bola v súvislosti s ním zabudnutá a jeho ďalší farmakologický vývoj sa pochopiteľne uberal smerom k mimoriadne sľubnej aplikácii v terapii erektilnej dysfunkcie. Ten bol úspešne zavŕšený na jar roku 1998, kedy FDA vydal povolenie na klinické používanie sildenafilu, čím sa Viagra stala vôbec prvým komerčne dostupným liekom na liečbu impotencie. A odvtedy je pre firmu Pfizer doslova zlatou baňou, pričom sa jej v súčasnosti na celom svete predá ročne približne 300 miliónov kusov tabliet v hodnote zhruba 1,5 miliardy amerických dolárov! Ako ten- Obr. 14.9. Biochemický mechanizmus vyvolania erekcie pomocou sildenafilu. 234
Obr. 14.10. Komerčná chemická výroba sildenafilu technológiou firmy Pfizer. to modrý zázrak vlastne funguje? Nevyhnutnou súčasťou fyziologického procesu erekcie je uvoľnenie plynného oxidu dusnatého (NO) 14 parasympatickými neurónmi do hubovitých častí penisu (corpus cavernosum) počas sexuálnej stimulácie. NO vzápätí aktivuje enzým guanylát cyklázu, ktorá transformuje guanozín trifosfát (GTP) na cyklický guanozín monofosfát (cgmp). Tým nastáva zvýšenie koncentrácie cgmp, čo spôsobí uvoľnenie hladkého svalstva (vazodilatáciu) penisu, následne sa zväčší prítok krvi do jeho kavernóznych tkanív a dochádza k erekcii. 15 Viagra je účinný a selektívny inhibítor cgmp 235
špecifickej fosfodiesterázy typu 5 (PDE5), enzýmu, ktorý zabezpečuje hydrolýzu cyklického guanozín monofosfátu späť na GMP v corpus cavernosum. Keďže chemická štruktúra sildenafilu je podobná cgmp, Viagra sa ako kompetitívny substrát viaže na PDE5, čím ju dočasne vyradí z činnosti a dochádza k erekcii (obr. 14.9). Ako už bolo povedané, celé to má ale jednu kľúčovú podmienku: bez počiatočnej sexuálnej stimulácie totiž nedochádza k aktivácii NO/cGMP systému a o erekcii zabezpečenej sildenafilom tým pádom nemôže byť ani reči. To ale znamená, že Viagra v žiadnom prípade nie je afrodiziakom. Navyše, užívanie sildenafilu je prísne kontraindikované u kardiakov užívajúcich nitráty, u hypotonikov, pacientov s poruchami pečeňových a obličkových funkcií, ako aj rekonvalescentov po infarkte myokardu a mozgovej príhode. 16 Pôvodná laboratórna príprava sildenafilu vychádzala z pentán-2-ónu a dietyloxalátu, vzhľadom na svoj lineárny charakter (11 na seba nadväzujúcich reakcií) a pomerne nízky celkový výťažok (4,2 % z pentán-2-ónu) však nebola vhodná na komerčnú veľkokapacitnú produkciu. Procesní organickí chemici u Pfizera teda vyvinuli podobnú, ale tentokrát konvergentnú a z hľadiska výťažku podstatne efektívnejšiu syntetickú cestu (obr. 14.10). Dôležitým vylepšením bola aj minimalizácia rizikových stupňov. Napríklad chlórsulfonácia sa uskutočňuje v prvých fázach syntézy, čím sa eliminujú potenciálne toxické intermediáty vo finálnych krokoch, čo bol práve prípad originálnej laboratórnej prípravy. Všetky reakcie prebiehajú v etylacetáte, čo podstatným spôsobom zjednodušuje celý výrobný proces a umožňuje efektívnu recykláciu rozpúšťadla. Táto technológia výroby sildenafilu je pomerne šetrná k životnému prostrediu a firma Pfizer za ňu získala prestížne ocenenie Crystal Faraday Award for Green Chemical Technology. 17 236
Poznámky a vysvetlivky ziologický efekt ako jeho prirodzený mediátor, no líšia sa od neho svojou chemickou štruktúrou. Inhibítory sú naopak molekuly, ktoré zabraňujú uskutočneniu konkrétnej (bio)chemickej reakcie, a to napríklad vytesnením fyziologicky prirodzeného substrátu z príslušného enzýmu. Na princípe selektívnej inhibície proteínov je založený mechanizmus účinku mnohých súčasných liečiv. 14. Od Aspirínu k Viagre 1 Z rôznych praktických dôvodov sú liečivá pomerne malé molekuly, ktoré obsahujú 10 100 atómov. Väčšie organické zlúčeniny, ako napríklad proteíny (2 000 20 000 atómov), sa totiž po vstupe do organizmu len ťažko absorbujú, lebo pomerne rýchlo podliehajú enzymatickej hydrolýze. Keďže obsah účinnej látky v liečivách sa pohybuje rádovo v miligramoch, bola by ich výroba, ako aj manipulácia s nimi nepraktická. Z tohto dôvodu lieky okrem samotnej fyziologicky účinnej molekuly obsahujú aj neaktívne prídavné látky napríklad cukry, škrob, olej, ktoré umožňujú prípravu tabliet, čapíkov, granúl, púdrov, emulzií a iných liekových foriem. 2 Liečivo sa stáva liekom až po úprave do terapeuticky použiteľnej liekovej formy. Jej voľba sa riadi spôsobom používania liečiva tak, aby bola pri manipulácii zachovaná jeho potrebná kvalita (napr. stabilita, presné dávkovanie). Tekuté liekové formy sa vyskytujú v podobe roztokov, suspenzií a emulzií, keďže však pri skladovaní suspenzie sedimentujú a emulzie sa zrážajú, dáva sa prednosť roztokom. Medzi pevné liekové formy patria tablety, dražé a kapsule. 3 Arachidónová kaskáda je založená na biochemickej produkcii eikozanoidov (prostaglandínov, tromboxánov, prostacyklínov a leukotriénov) z nenasýtenej mastnej kyseliny arachidónovej (kyseliny (Z,Z,Z,Z)-5,8,11,14-eikozatetraénovej). Ide o bežný stavebný prvok fosfolipidov v bunkových membránach a uvoľňuje sa pôsobením fosfolipázy A 2. Kyselina arachidónová potom slúži ako substrát pre lipoxygenázy a cyklooxygenázy. 4 Prvé historické záznamy o liečbe horúčky a bolesti pomocou rastlinného extraktu obsahujúceho kyselinu salicylovú pochádzajú zo starovekého Egypta z obdobia viac ako 3 500 rokov pred n. l. Eberov papyrus, zoznam 877 medicínskych receptov napríklad odporúča užívanie vodného výluhu zo sušených listov myrty obyčajnej (Myrtus communis) na úľavu pri reumatických bolestiach končatín a chrbta. 5 Najčastejší vedľajší účinok kyseliny acetylsalicylovej (ASK), poškodenie sliznice žalúdka s nebezpečenstvom vzniku peptického vredu, spočíva (okrem priameho pôsobenia kyseliny) predovšetkým v inhibícii syntézy prostaglandínov (PG) chrániacich sliznicu. Gastropatii je možné predísť podávaním analógu PG mizoprostolu. U predisponovaných pacientov môže vyvolať bronchokonstrikciu ( asthma bronchiale z analgetík ), pravdepodobne z nedostatku bronchodilatačného PG a zo zvýšenej tvorby leukotriénov. Ďalšími nežiaducimi účinkami sú vznik edémov a vzostup krvného tlaku. Keďže ASK blokuje agregáciu trombocytov, nesmie sa podávať pacientom so zníženou 481
Poznámky a vysvetlivky zrážanlivosťou krvi. Ku koncu tehotenstva môže ASK spôsobiť oslabenie pôrodných bolestí, vyvolať krvácanie u matky aj u dieťaťa a viesť k predčasnému uzavretiu Botalliho tepnovej spojky (ductus arteriosus Botalli). 6 Neurotransmitery sú nízkomolekulové organické zlúčeniny, ktoré zabezpečujú jednosmerné odovzdávanie vzruchov (impulzov) z riadiacej nervovej (presynaptickej) bunky do bunky efektorovej, ktorá môže byť nervová, svalová či žľazová. Sú vylučované procesom exocytózy z presynaptickej bunky a difundujú synaptickou štrbinou k membráne postsynaptickej bunky, kde sa nekovalentne viažu na receptory a následne vyvolávajú bunkovú odpoveď. 7 Depresia je závažné psychiatrické ochorenie, ktoré sa prejavuje permanentne zlou náladou, nevysvetliteľnou úzkosťou, nespavosťou, výpadkami koncentrácie a pamäti. V rozvinutom štádiu môže prerásť až do bezdôvodného smútku a straty chuti do života, pričom podľa štatistík až 15 % depresívnych ľudí sa pokúsi o samovraždu. Je zaujímavé, že ženy sú približne 3- až 4-krát náchylnejšie na depresiu, pričom zhruba 10 % ňou trpí krátko po pôrode. 8 Serotonín (5-HT) sa v ľudskom organizme biosyntetizuje z L-tryptofánu v enterochromatínových bunkách črevného epitelu. Tvorí sa taktiež v neurónoch plexus myentericus a centrálneho nervového systému (CNS), kde preberá funkciu neurotransmitera. Krvné doštičky síce 5-HT nesyntetizujú, ale vychytávajú ho a následne skladujú. Serotonín okrem účinkov na CNS ovplyvňuje aj kardiovaskulárny systém (spôsobuje priamu vazokonstrikciu) a gastrointestinálny trakt (zvyšuje črevnú motilitu). 9 Prozac (fluoxetín) je selektívny inhibítor spätného vychytávania serotonínu v mozgu. Má tlmivú zložku, ale jeho antidepresívny účinok sa zdá byť slabší, než vykazujú tricyklické antidepresíva. Prednosťou je jednak chýbajúci atropínový účinok a zároveň stabilizačný efekt na bunkové membrány myokardu. Fluoxetín znižuje chuť do jedla, v dôsledku čoho redukuje telesnú hmotnosť. Nežiaducimi účinkami sú nervozita, tremor, nespavosť a úzkosť. Štandardná denná dávka sa pohybuje v rozmedzí od 20 do 60 mg, pričom maximum je 80 mg. Prozac uviedla na trh americká firma Eli Lilly začiatkom roka 1988 a pomerne rýchlo sa stal populárnym liekom miliónov pacientov. Na jeseň roku 2001 Eli Lilly prehrala súdny spor o exkluzívne patentové práva s firmou Barr Laboratories, a tak v súčasnosti vyrába fluoxetín už mnoho rôznych firiem na celom svete. 10 Taxol (paklitaxel) je moderné injekčné antineoplastikum, ktoré vyvinula americká firma Bristol-Myers Squibb. Molekula indukuje agregáciu tubulínových dimérov za vzniku mikrotubulov, ktoré následne stabilizuje tým, že zabraňuje ich depolymerizácii. Dôsledkom je inhibícia normálnej dynamickej reorganizácie vnútrobunkovej stavby mikrotubulov, ktorá je dôležitá pre vitálne bunkové funkcie. Taxol ďalej vyvoláva abnormálne usporiadanie mikrotubulov počas bunkového cyklu a vedie ku vzniku mnohopočetných mikrotubulárnych pseudoastier pri mitóze. 11 Ochrancovia životného prostredia vehementne protestovali proti výrubom tisu pacifického s cieľom izolácie taxolu, lebo mali oprávnené obavy zo zničenia pôvodných prehistorických lesov na severozápade USA. Okrem iného argumentovali aj prípad- 482
Poznámky a vysvetlivky nou nenahraditeľnou stratou prirodzeného ekologického habitatu pre jeden druh už beztak ohrozenej sovy, ktorá v nich žije. 12 Ako prví publikovali totálnu syntézu taxolu súčasne, ale nezávisle od seba Nicolaou a Holton (1994), nasledovali Danishefsky (1995), Wenger (1997) a Mukayima (1998). Okrem ich výsledkov sú samozrejme známe desiatky prác hovoriacich či už o príprave rôznych funkčných derivátov paklitaxelu, alebo o jeho semisyntéze z 10-deacetylbakatínu III. Dokonca bola založená aj firma Taxolog, Inc., ktorá sa zaoberá výlučne výskumom a vývojom chemoterapeutík na báze taxoidov (h p://www.taxolog.com). 13 Fáza I. prvá z celkovo štyroch fáz klinických skúšok má za úlohu stanoviť konkrétne biologické účinky potenciálne nového lieku na ľuďoch. Testy sa vo väčšine prípadov uskutočňujú na relatívne malej vzorke zdravých dobrovoľníkov a slúžia na zistenie toxicity, absorpcie, distribúcie, metabolizmu a vylučovania (ADME) skúmanej zlúčeniny. 14 Oxid dusnatý (NO) je nestabilná plynná molekula s vlastnosťami voľného radikálu, ktorá v ľudskom organizme funguje ako vazodilatans, neurotransmiter a imunomodulátor. Biosyntetizuje sa z arginínu prostredníctvom syntázy oxidu dusnatého (NOS; EC 1.14.13.39) podľa nasledujúcej reakcie: arginín + O 2 citrulín + NO. Plynný NO je schopný difundovať cez bunkové membrány aj bez pomoci transportných molekúl a jeho radikálový charakter mu umožňuje účinne sa viazať najmä na proteíny obsahujúce železo. 15 Erekcia mužského penisu je vlastne aplikácia základných princípov hydrauliky v biologickom systéme. Stimulácia nervových zakončení inervujúcich penis spôsobí dilatáciu hlboko uložených artérií, ktoré zásobujú orgán krvou. Tá vo veľkom množstve zaplavuje kavernózne tkanivo (corpus cavernosum), tvoriace značný objem penisu, a následne dochádza ku kompresii žíl odvádzajúcich z neho krv. Priamym dôsledkom jej zvýšeného prítoku a súčasne zníženého odtoku je erekcia. Na druhej strane prerušenie nervových impulzov do penisu erekciu samozrejme zruší. (Pravdepodobne táto skutočnosť stojí za pôvodom známej ľudovej múdrosti o tom, že najväčší pohlavný orgán muža je jeho mozog.) 16 Najčastejšími vedľajšími účinkami pri užívaní sildenafilu sú bolesti hlavy (16 %), sčervenenie tváre (10 %), poruchy trávenia (7 %) a zrakové problémy (3 %). Tieto prejavy sú všeobecne prechodné a nemajú závažný charakter. Síce zriedkavo, ale boli zaznamenané aj vážne prípady náhlej straty zraku spôsobené ischemickou zrakovou neuropatiou (NAION), a to predovšetkým u mužov nad 50 rokov veku, fajčiarov, diabetikov, hypertonikov, kardiakov a pacientov s vysokou hladinou cholesterolu. Nie je však zrejmé, či NAION spôsobuje práve užívanie inhibítorov fosfodiesterázy typu 5 (PDE5), kam patrí aj Viagra. Keďže v dôsledku užitia sildenafilu bolo opísaných aj niekoľko prípadov dlhotrvajúcej erekcie (viac než 4 hodiny), pacientom sa v takom prípade odporúča okamžite vyhľadať lekársku pomoc. Erekcie trvajúce viac ako 6 hodín môžu totiž spôsobiť dlhodobú stratu potencie. 17 V súčasnosti sa Viagra (sildenafil) priemyselne vyrába v závode v County Cork v Írsku (Pfizer Ringaskiddy Organic Synthesis and Viagra Plant), ktorý zamestnáva pri- 483
Poznámky a vysvetlivky bližne 600 ľudí, a jej syntéza predstavuje približne 15 % celkovej chemickej produkcie fabriky. Tento komplex bol uvedený do prevádzky v roku 2001 a tvorí dosiaľ najväčšie výrobné zariadenie firmy Pfizer mimo územia USA. Okrem sildenafilu sa tu vyrába aj Norvasc (amlodipín) na liečbu hypertenzie a anginy pectoris, antidepresívum Zolo (sertralín) a makrolidové antibiotikum Zithromax (azitromycín). 15. Kozmetická chémia na prahu tretieho tisícročia 1 Dermatológia je odvetvie lekárstva, ktoré sa zaoberá chorobnými zmenami na koži, vyvolanými rôznymi vonkajšími i vnútornými príčinami, ich liečbou a prevenciou; kožné lekárstvo. 2 Kozmetológia je veda zaoberajúca sa vývojom kozmetickej výroby (KV), skúmaním ich funkčných vlastností a dôsledkov ich pôsobenia na zdravú ľudskú kožu v snahe o jej ochranu, spomalenie starnutia a dekoráciu. Za vedný odbor bola uznaná v roku 1935. 3 In vitro (lat.) v skle testy na vhodných tkanivových kultúrach v Petriho miskách, skúmavkách atď. 4 Alternatívne metódy všetky postupy umožňujúce nahradiť experimenty na zvieratách alebo znížiť počet zvierat, alebo zmierniť bolesť a trápenie, ktorým môžu byť zvieratá vystavené. 5 In vivo (lat.) v živote testy na živom organizme, t. j. na zvieratách a ľudských dobrovoľníkoch a pod. 6 INCI katalóg predstavuje zoznam bežne používaných látok pre KV. Pri tvorbe názvoslovia sa volili univerzálne krátke názvy bez interpunkčných znamienok a veľkých písmen. Výhodu značenia v INCI ilustrujeme na dvoch príkladoch. Jedna z najpoužívanejších látok v šampónoch sa podľa názvoslovia IUPAC nazýva: α-sulfo-ω- (dodecyloxy)poly(oxyethylen)-sodná soľ a podľa INCI krátko sodium laureth sulfate*. Červené farbivo má podľa INCI názov CI 14815*, podľa IUPAC: disodium 6-[(2,4-dimethyl-6-sulphonatophenyl)azo]-5-hydroxynaphthalene-1-sulphonate. Látky rastlinného pôvodu sa označujú dvojslovnými latinskými názvami podľa Linného nomenklatúry rodov a druhov. 7 Fibrilárne proteíny vláknité bielkoviny, ktoré sú prirodzenou súčasťou strednej vrstvy kože zamše. Vytvárajú sa v bubkách zamše fibroblastoch. Elastín zabezpečuje pružnosť, kolagén podporuje hydratáciu kože. Starnutím a nepriaznivými vplyvmi sa ich zastúpenie v koži znižuje. V minulosti sa izolovali z kože teliat a pridávali do KV. Dnes sa ich význam a bezpečnosť spochybňuje. Trendom sú hydrolyzáty proteínov izolovaných z rastlín a niektorých rýb. 8 Názvy kozmetických látok uvádzame primárne chemickým názvoslovím. Tam, kde nejestvuje, je veľmi zložité alebo naopak podobné názvu INCI, uvádzame INCI názov označený hviezdičkou*. 484