QUIMIOTERAPIA NA TOXOPLASMOSE: TRATAMENTO DE INTERAÇÕES DO TOXOPLASMA GONDII COM CÉLULAS LLCMK2 USANDO DERIVADO DE NAFTOQUINONA Juliana de Araujo Portes Rio de Janeiro 2009 JULIANA DE ARAUJO PORTES Aluna do curso de Biotecnologia Matrícula: 0613800011 QUIMIOTERAPIA NA TOXOPLASMOSE: TRATAMENTO DE INTERAÇÕES DO TOXOPLASMA GONDII COM CÉLULAS LLCMK2 USANDO DERIVADO DE NAFTOQUINONA Trabalho de Conclusão de Curso, TCC, apresentado ao Curso de Graduação em Biotecnologia, da UEZO como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Tecnólogo em Biotecnologia sob a orientação da Prof. Sergio Henrique Seabra. Rio de Janeiro 2009 ii QUIMIOTERAPIA NA TOXOPLASMOSE: TRATAMENTO DE INTERAÇÕES DO TOXOPLASMA GONDII COM CÉLULAS LLCMK2 USANDO DERIVADO DE NAFTOQUINONAS. Elaborado por Juliana de Araujo Portes Aluna do curso de Biotecnologia da UEZO Este trabalho de Graduação foi analisado e aprovado com Grau: 10,0 (Dez) Rio de Janeiro, 27 de Julho de 2009. ___________________________________________ Anderson Jack Franzen, Doutor em Ciências Biológicas (Biofísica) ___________________________________________ Jessica Manya Bittencourt Dias Vieira, Doutora em Ciências (Microbiologia) __________________________________________ Sergio Henrique Seabra, Pós-Doutor em Ciências Biológicas (Biofísica) Orientador e Presidente da Banca RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL JULHO DE 2009 iii Dedico este trabalho à minha amada família. iv Agradecimentos A Deus, minha fortaleza, autor de todas as coisas. A meus pais, Maria da Penha e Josias José, por todo o apoio para a realização deste trabalho durante a graduação e o amor dispensados a mim. A meus queridos irmãos João, Mariana e Anderson, que mesmo com a distância geográfica, estão sempre comigo, fazem parte da minha história. A minha “grande família”, agradeço a todos os domingos que vocês me proporcionaram, importantíssimos para o meu descanso dos estudos. Ao amor da minha vida, Renato Serpa Muller, obrigada pela presença, pela força e apoio em todos os momentos. Ao meu “pai científico”, professor Sergio Henrique Seabra, agradeço pela dedicação conferida à nossa UEZO, ao esforço para que hoje estivesse sendo formada a primeira turma de alunos desta universidade! E como sua aluna de iniciação científica, agradeço pela oportunidade confiada, pela experiência adquirida e pela convivência agradável. Ao companheiro de bancada e por muito tempo única companhia no laboratório, Thiago. Aos professores, pela transferência do conhecimento através de aulas práticas descontraídas e também por meio de enriquecedoras aulas teóricas, que com tudo, proporcionaram maior admiração a mais bela ciência, a ciência que estuda a vida! Ao técnico Francisco Medros Júnior, mais conhecido como Chico, pois sem a sua ajuda nas passagens de toxo em meus momentos de fobia, nenhum experimento sairia do papel. Obrigada pela paciência e pelos ouvidos de terapeuta! v Ao técnico Eliandro, o Deda, pela atenção com “pellets” que geraram as bonitas imagens de microscopia. Aos horários de almoço mais engraçados que sem as histórias do Célio e as notícias da Kátia, não seriam da mesma maneira. Aos amigos da graduação, pelas risadas, pelas xerox, pelas festinhas, enfim..pela parceria de todos. Sentirei saudades! Ao trio: Bruna, Thaiane e Patrícia, pessoas muito importantes para mim, com as quais sempre pude contar, inclusive nestes últimos meses, os mais corridos de toda a graduação. Amizades como estas, construídas a cada dia, não passarão. Obrigada por tudo minhas amigas! A amiga Paula Fernandes, agradeço pela força com as Naftoquinonas e por me ajudar a escrevê-las em muitas das linhas desta monografia. Agradeço também por todas as reações da temida Química Orgânica! Agradeço à Instituição UEZO representada pelo professor Roberto Soares de Moura, reitor do Centro Universitário, também ao professor Anderson Jack Franzen, pró-reitor de Graduação e ao professor Sergio Henrique Seabra, pró-reitor de Pesquisa, Extensão e Pós-graduação pelo empenho no desenvolvimento de seus trabalhos junto à Universidade que bem refletem na formação de futuros profissionais como nós, alunos da primeira turma. A todos os funcionários desta Instituição, agradeço pela agradável convivência. A todas as pessoas que indiretamente colaboraram para o desenvolvimento deste trabalho. vi Resumo: Toxoplasma gondii, o agente causador da toxoplasmose, é protozoário intracelular obrigatório, estando presente em todo o mundo e infectando uma variedade de células dos vertebrados incluindo fagócitos não profissionais e profissionais, como macrófagos. Por isso, os fármacos para controle deste parasito devem possuir atividade intracelular. Em estudos anteriores, quinonas apresentaram diferentes atividades biológicas como ação microbicida e tripanossomicida, como o “burst” oxidativo, que produz derivados de oxigênio (O2, OH, O2 -, H2O2). Dentro das naftoquinonas naturais, lapachol é representante importante, pois este composto pode gerar estresse oxidativo dentro das células e causar danos aos parasitos intracelulares, como o T. gondii. O derivado de naftoquinona que teve sua atividade avaliada neste estudo é um análogo estrutural sintético do β-lapachol. Este trabalho apresenta resultados do teste de citotoxicidade deste derivado frente às interações do T. gondii com células LLCMK2, fagócitos não profissionais. As interações foram realizadas na presença do derivado em concentrações que variaram de 1,0 a 10,0 µM e na ausência do derivado. Os resultados apresentados por Microscopia Eletrônica de Varredura mostram que o fármaco causa danos ao parasita sem afetar a célula hospedeira. O derivado foi capaz de reduzir o índice de infecção em interações do T.gondii com células LLCMK2. Esses resultados sugerem que o derivado pode ser quimioterápico potencial para a Toxoplasmose, porém mais testes precisam ser realizados, principalmente in vivo para a confirmação destes achados. Palavras-chave: Quimioterapia, Toxoplasma gondii, ultraestrutura, derivado de naftoquinonas, atividade antiproliferativa. vii Abstract: Toxoplasma gondii, the agent of toxoplasmosis, is an obligate intracellular protozoan able to infect a wide range of vertebrate cells including nonprofessional and professional phagocytes. For this, the drugs to control this parasite must have intracellular Activity. In previous studies, quinines show different biological activity with microbicide and trypanossomicide action like the oxidative burst, that produces oxygen derivatives (O2, OH, O2 -, H2O2). As a natural naphthoquinone, lapachol is an important representative, since it can generate oxidative stress inside cells and cause damage in intracellular parasites, such as T. gondii. The derivative that had its activity tested in this work was a synthetic structure analog of β-lapachol. This work show the outcomes of the citotoxity test with this derivative during T. gondii interactions with nonprofessional phagocytes LLCMK2 cells. The interaction assays were realized in the presence of the derivative (1,0 at 10,0 µM) or absence of derivative.The finds shown by Scanning Electron microscopy that the drug cause damages in parasite without affecting the host cells. The derivative was capable to reduce the infection index during interaction with LLCMK2, in comparison to the control. These results suggest that derivative can be a potential chemotherapic for Toxoplasmosis, but more tests, especially in vivo, are necessary to confirm these findings. Keywords: chemotherapy, Toxoplasma derivative, antiproliferative activity. gondii, ultraestruture, naphthoquinones viii “... por toda a nossa elegância e eloqüência como uma espécie, por todos os nossos maciços lobos frontais, por toda a nossa música, nós não progredimos muito além do que os nossos antepassados microbianos. Eles ainda estão conosco, são partes de nós, ou, em outras palavras, nós somos parte deles”. (Lewis Thomas, 1987) SUMÁRIO Resumo ........................................................................................................................... vi Abstract ......................................................................................................................... vii 1. INTRODUÇÃO ..........................................................................................................1 1.1. Toxoplasma gondii..................................................................................................1 1.2. FÁRMACOS UTILIZADOS NO TRATAMENTO DA TOXOPLASMOSE.......5 1.3. FÁRMACOS COM ATIVIDADE ANTIPROLIFERATIVA CONTRA Toxoplasma gondii.........................................................................................................7 1.4 QUINONAS E NAFTOQUINONAS. .....................................................................7 1.4.1 Derivados de Naftoquinonas.........................................................................9 2. OBJETIVO ...............................................................................................................12 3. METODOLOGIA. ....................................................................................................13 3.1. OBTENÇÃO DE TAQUIZOÍTAS DE TOXOPLASMA GONDII ......................13 3.2. OBTENÇÃO DE CÉLULAS LLCMK2 ..............................................................13 3.3. DERIVADO DE NAFTOQUINONA .................................................................13 3.4. INTERAÇÃO IN VITRO ......................................................................................14 3.5. PREPARO DAS INTERAÇÕES PARA OBSERVAÇÃO EM MICROSCOPIA ÓPTICA .......................................................................................................................14 3.6. PREPARO DAS INTERAÇÕES PARA OBSERVAÇÃO EM MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ............................................................................15 4. RESULTADOS .........................................................................................................16 4.1. MICROSCOPIA ÓPTICA ...................................................................................16 4.2. MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ........................................17 5. DISCUSSÃO .............................................................................................................19 6. CONCLUSÃO. ..........................................................................................................21 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................22 1. INTRODUÇÃO 1.1. Toxoplasma gondii O Toxoplasma gondii é protozoário parasita intracelular obrigatório pertencente ao Filo Apicomplexa (LEVINE et al.,1980), sendo a única espécie deste gênero, com distribuição mundial em animais e humanos, é o agente causador da Toxoplasmose (LYONS & JOHNSON, 1995). Os membros da Família Felidae, principalmente gatos domésticos, são os hospedeiros definitivos do protozoário T.gondii. No entanto, há uma ampla variedade de hospedeiros intermediários entre animais homeotermos, como os pássaros, caprinos, ovinos, bovinos e humanos (HOWE et al., 1996). O T.gondii apresenta um ciclo de vida complexo, do qual participam diversos hospedeiros (Figura 1). Além disso, o protozoário apresenta formas infectantes distintas e com morfologias características. Em hospedeiros definitivos o T.gondii está presente nas células epiteliais do intestino do animal, onde pode se multiplicar de forma assexuada, por endodiogenia (forma especial de reprodução em que duas células-filhas nascem dentro do parasita-mãe, consumindo-o) ou sexuadamente, dando origem à gametas para a formação do zigoto, o qual é envolvido por uma membrana cística. Os oocistos assim formados são liberados nas fezes do animal. Em meio externo, estes oocistos amadurecem, formando em seu interior esporocistos, que contém uma das formas infectantes: esporozoíta (DUBEY et al.,1998). Outra forma infectante é a bradizoíta, que é uma forma assexuada e de metabolismo lento, presente em cistos teciduais do hospedeiro intermediário especialmente durante a fase crônica da infecção, chegando a permanecer por longos tempos no tecido (MACRE, 2002). 2 Figura 1. Ciclo de vida do Toxoplasma gondii (Retirado de MACRE, 2002) Taquizoíta é a forma que se multiplica rapidamente em todas as células do hospedeiro intermediário e nas células epiteliais não-intestinais do hospedeiro definitivo. Taquizoítas multiplicam-se assexuadamente dentro da célula hospedeira por repetidas endodiogenias (DUBEY et al., 1998). Na endodiogenia, inicialmente o sistema de Golgi divide-se primeiramente, em seguida, as partes anteriores dos complexos internos da membrana e os microtúbulos subpeliculares das células filhas aparecem. O núcleo do parasita se modifica para um formato de ferradura, com as pontas crescendo em direção aos conóides. As células-filhas continuam a crescer até que alcancem a superfície da célula-mãe, a qual é consumida, deixando livres as células-filhas (REY, 2002). A célula hospedeira rompe quando já não pode suportar o crescimento e multiplicação dos taquizoítas (Figura 2). 3 Figura 2. Representação da reprodução do T.gondii por endodiogenia (Retirado de BLACK & BOOTHROYD, 2000) A infecção humana pode ocorrer através da ingestão de água ou alimentos contaminados com oocistos, excretados em fezes de gatos, ou cistos, em carnes cruas ou mal cozidas (MACRE, 2002). Em organismos com o sistema imunológico em condições normais, a infecção com T.gondii raramente é severa, sendo freqüentemente assintomática na maioria dos casos. Em indivíduos imunodeficientes, os mais susceptíveis à infecção pelo parasita, a condição mais comum é uma encefalite severa, cujos sintomas incluem cefaléia, desorientação, letargia, hemiparesia, alterações de reflexos, convulsões. Pneumonia e miocardite também podem ocorrer nestes indivíduos. Em crianças infectadas através da gravidez, o parasita infecta o cérebro e a retina podendo causar várias conseqüências. A situação mais comum é diminuição da visão. Nos casos graves, ocorre retardamento mental, calcificações intracerebrais e hidrocefalia (MCAULEY et al., 1994). O T.gondii possui uma extremidade anterior e uma extremidade arredondada posterior. Ultraestruturalmente, sua célula consiste em várias organelas e estruturas especializadas, que incluem uma membrana, núcleo, anéis apicais, anéis polares, conóides, róptrias, micronemas, microporos, mitocôndria, microtúbulos subpeliculares, retículo 4 endoplasmático rugoso e liso, sistema de Golgi, ribossomos, microporos, núcleo, grânulos densos e apicoplasto (Figura 3) (DUBEY et al., 1998). O T.gondii não tem nenhum meio visível de locomoção tal como cílios, flagelos, ou pseudópodes. As funções do conóide, das róptrias, dos microporos, e dos micronemas estão provavelmente associadas com a penetração na célula hospedeira e a criação de um ambiente intracelular apropriado para o crescimento e o desenvolvimento do parasita. O conóide pode girar, inclinar, estender, e retrair enquanto o parasita sonda a membrana da célula hospedeira imediatamente antes da penetração. Róptrias tem uma função secretora associada com a penetração na célula hospedeira, liberando seu conteúdo através da membrana para o exterior (DUBEY et al., 1998). Sistema de Golgi Figura 3. Forma taquizoíta do T.gondii (Retirado de MACRE, 2002) Estudos têm sido realizados com a finalidade de conhecer processos inerentes à infecção com T.gondii como mecanismos de invasão e infecção gerados em células fagocíticas como o macrófago (SEABRA et al., 2004) e células fibroblásticas nãofagocíticas como célula Vero (SEABRA et al., 2002) . O processo de invasão do T. gondii em células hospedeiras nucleadas pode ocorrer de duas formas: via fagocitose (JOINER & DUBREMETZ, 1993) na qual o parasita não 5 tem participação ativa na entrada; ou por penetração ativa, onde o parasita entra em contato com a membrana da célula hospedeira, força-a, e forma um vacúolo em torno do seu corpo. Durante esse processo, organelas do parasita liberam secreções de substâncias específicas como a MIC 2 (BROSSIER et al., 2003) que irão mediar a invasão. A translocação de adesinas ligadas a substratos ou mesmo nas células hospedeiras, como a MIC 2, é regulada pela polimerização de filamentos de actina que serve como substrato de ligação para pequenas moléculas de miosina do parasita (TgMyoA). Esta miosina é do tipo estática e é ligada ao complexo de membrana interna do parasita (SIBLEY, 2003). A característica do TgMyoA de não ser móvel, somada a relativa escassez de filamentos de actina do parasita, sugere que sua motilidade é governada pela polimerização local de filamentos de actina disparado por um enucleador da polimerização conhecido, a aldolase, enzima ligada à via glicolítica (JEWETT & SIBLEY, 2003). A aldolase serve como ponte entre o domínio adesivo extracelular (MIC 2) e o citoesqueleto do parasita, provendo então a ligação necessária para gerar a mobilidade na invasão do parasita à célula hospedeira (SIBLEY, 2003). 1.2. FÁRMACOS UTILIZADOS NO TRATAMENTO DA TOXOPLASMOSE A maioria dos quimioterápicos para a toxoplamsose são fármacos antifolato, como a combinação de Pirimetamina e Sulfadiazina. Embora esta terapia seja frequentemente bem sucedida, está associada a muitos efeitos colaterais incluindo a supressão medular, minimizada pela administração concomitante de ácido folínico (HAVERKOS H.W., 1987 apud DE SOUZA, W., 2006). Entretanto, é comumente necessária uma pausa no tratamento com antifolato e no caso de indivíduos imunocomprometidos a doença pode significar risco de vida, exigindo a realização de outra terapia. A sulfa é uma substância não muito tolerada, devendo ser substituída por outros fármacos como Clindamicina (MONTOYA et al., 2004 apud DE SOUZA, W., 2006). A Pirimetamina é uma droga antimalárica usada no tratamento da toxoplasmose concomitantemente com sulfa. Este fármaco é capaz de interromper o ciclo metabólico do parasita, causando a inibição da enzima diidrofolato-redutase, impedindo a conversão do ácido fólico em acido folínico, que é importante na síntese de seu DNA e RNA. O uso de pirimetamina não é indicado no primeiro trimestre da gestação, pois possui efeito teratogênico (ANDERSON & MORSE, 1966). Sua administração em doses altas pode 6 provocar vômitos, tremores, convulsões e depressão da medula óssea (REMINGTON et aI., 2001). As sulfadiazinas são análogos estruturais e antagonistas competitivos do ácido paraminobenzóico (PABA), que é utilizado pelos parasitas na síntese do ácido fólico. A combinação da sulfadiazina com a pirimetamina no tratamento nas infecções pelo T.gondii aumenta a sua atividade em até oito vezes (EYLES & COLEMAN, 1955; SHEFFIELD et al., 1972). A administração de sulfadiazinas não é indicada no final do terceiro trimestre da gestação (REMINGTON et al., 2001), pois podem deslocar a bilirrubina fetal circulante de sua ligação com a albumina permitindo seu deslocamento para o SNC e ocasionando Kernicterus , uma síndrome associada com hiperbilirrubinemia que tem como efeitos tardios retardo mental, paralisia cerebral, surdez e a paralisia nos olhos. O Ácido Folínico é um adjuvante no tratamento com drogas antifolato como a pirimetamina, por ser o ácido folínico unicamente utilizado pelo organismo humano, prevenindo-se os problemas hematológicos decorrentes do uso dos antifolatos (FRENKEL & HITCHINGS, 1957; FRENKEL et al., 1960). Não existem relatos de efeitos adversos com o seu uso, mesmo em doses elevadas (ORÉFICE & BONFIOII, 2000). Um dos medicamentos para a terapêutica materna da toxoplasmose é a espiramicina, antibiótico macrolídeo com ação efetiva contra os taquizoítas do T. gondii (GARIN & EYLES, 1968; NIEL et al., 1981). Em humanos, mantém concentrações terapêuticas no sangue materno em vários tecidos e particularmente na placenta (FORESTIER et al., 1987; BOURGET et al., 1996). Doses altas de espiramicina, acima de 35 mg/kg produzem vasoespasmo, calafrios, gosto estranho, vertigem, hiperemia da face, náusea, vômitos, diarréia, anorexia e arritmias cardíacas. Nenhuma toxicidade hematológica, hepática ou renal foi notada (STRAMBA-BADIALE et al., 1997). Este fármaco não apresenta efeito teratogênico e por isso é utilizado por gestantes com toxoplasmose aguda na tentativa de se reduzir a transmissão ao feto (BOURGET et al., 1996). Não há estudos que demonstrem a eficácia desse medicamento no tratamento de fetos infectados (FORESTIER et al., 1987), mas a espiramicina pode reduzir a severidade da infecção fetal, principalmente por retardar o período em que ocorre a transmissão placentário-fetal, dando ao feto tempo para adquirir maior maturidade imunológica (COUVREUR et al., 1993). 7 1.3 FÁRMACOS COM ATIVIDADE ANTIPROLIFERATIVA CONTRA Toxoplasma gondii DE SOUZA W. et al mostraram os efeitos antiproliferativos de dois fármacos, ER119884 e E5700, contra Toxoplasma gondii em células epiteliais. Os fármacos tiveram sua síntese baseada em inibidores da enzima esqualeno sintase (SQS), que catalisa uma reação fundamental na via de biossíntese de esteróides, e possuem atividade seletiva contra o parasita, podendo ser usados em associação a terapias já existentes contra a toxoplasmose. Neste estudo, a ação dos fármacos também sugere interferência no metabolismo de lipídeos por modificarem a ultraestrutura do parasita. 1.4 QUINONAS E NAFTOQUINONAS Quinonas são compostos orgânicos considerados como produtos da oxidação de fenóis, da mesma forma, a redução de quinonas pode originar seus correspondentes fenóis. Sua principal característica é a presença de grupos carbonílicos que formam um sistema conjugado com pelo menos duas ligações duplas C-C (SIMÕES et al., 2003). A figura 4 mostra os núcleos básicos de quinonas, naftoquinonas e antraquinonas. O O O O O O O quinonas O O naftoquinonas O antraquinonas Figura 4. Núcleos básicos de quinonas, naftoquinonas e antraquinonas. (Retirado de CARNEIRO, 2007) As quinonas possuem porções alquilantes em sua estrutura e representam uma classe de substâncias de interesse antitumoral. As enzimas mais importantes envolvidas na ativação dessas quinonas são a NADPH: citocromo P450 redutase e a NAD(P)H: quinona oxidorredutase (DT-diaforase) (OLIVEIRA et al., 2002). Mais de mil tipos de quinonas estão distribuídos pela natureza, podendo ser encontradas em fungos, liquens, bactérias, dentre outros (SIMÕES et al., 2003). As quinonas de plantas superiores são sintetizadas através de diversas rotas metabólicas. A lausona (2-hidroxi-1,4-naftoquinona) (Figura 5), que é uma naftoquinona 8 natural proveniente da Henna (Lawsonia inermis), é formada a partir de unidades provenientes do ácido O-succinilbenzóico (SIMÕES et al., 2003). A lausona em testes in vitro induziu aberrações cromossômicas, provavelmente devido à lesão oxidativa ao DNA (MARZIN & KIRKLAND, 2004), além de induzir dano oxidativo a glóbulos vermelhos (ZINKHAM & OSKI, 1996). O OH O Figura 5. Estrutura química da lausona (Retirado de FONSECA et al., 2003) A presença de um átomo de nitrogênio, na estrutura da naftoquinona, potencializa as atividades antitumoral e antimalarial (CAMARA et al; 2001). Estudos também mostram que a presença de um átomo de enxofre influencia fortemente na atividade antifúngica (TANDOM et al.; 2004). O lapachol (2-hidroxi-3-(3-metil-2-butenil)-1,4-naftoquinona), uma naftoquinona natural, apresenta variadas atividades biológicas como: microbicida, antifúngica, moluscida, leishmanicida, tripanossomicida, antimalárico, antiinflamatório, antineoplásico e antiulcerante (SILVA et al., 2003). É isolado de várias espécies de plantas da família Bignoniaceas e encontrado facilmente em todas as regiões do Brasil (ARAUJO et al., 2002). O primeiro isolamento foi feito do lenho de uma árvore argentina conhecida como Lapacho (FONSECA et al., 2003). O Lapachol como antimicrobiano apresenta predominantemente atividade contra bactérias Gram-positivas, e pouca atividade contra Gram-negativas (FONSECA et al., 2003). A substância é também ativa contra células cancerígenas, causando a regressão definitiva de câncer em 30% dos pacientes tratados. Porém, apresenta alguns efeitos colaterais como anemia e alteração no tempo de coagulação devido à semelhança da estrutura do lapachol com a vitamina K (OLIVEIRA et al., 1990). Porém, existe a problemática de o nível plasmático adequado do composto (30mg/mL) não ser atingido, sem produção concomitante de efeito tóxico ao organismo (FONSECA et al., 2003). Em ensaio de teratogenicidade, a administração oral de 100mg/Kg de lapachol gerou efeito abortivo em ratas prenhas (Almeida et al.,1988). GUERRA et al, em 1999, 9 confirmou a embrioletalidade do Lapachol em ratas grávidas, mas sem afetar o sistema reprodutivo das mesmas (GUERRA et al., 1999). O Lapachol mostrou-se ainda ativo contra vírus RNA, atuando tanto sobre vírus envelopados quanto sobre vírus sem esta estrutura (P1S - pólio tipo 1), em concentrações de 5 a 10mg/mL. Apresentou ainda pequena atividade sobre HSV (Herpes simplex I) e Ad5 (Adeno tipo 5) (FONSECA et al., 2003). Através da administração por via oral, o lapachol é rapidamente absorvido pelo trato gastrointestinal, distribuindo-se por todos os tecidos. Seis horas após a administração, boa parte do fármaco desaparece dos tecidos, sendo rapidamente metabolizado e parcialmente transformado em β-lapachona. Em camundongos, quando administrado intravenosamente detecta-se um tempo de meia-vida de 33 minutos da substância. Sua excreção é feita prioritariamente pelas vias geniturinárias e gastrointestinais (FONSECA et al., 2003). 1.4.1. Derivados de Naftoquinonas Derivados de naftoquinona estruturalmente relacionados ao Lapachol foram sintetizados da Lausona e Arilmercúrios oxigenados. Estes compostos são também identificados como derivados de pterocarpanos onde o anel aromático A foi substituído por um núcleo 1,4-naftoquinona e mostraram possuir atividades biológicas significativas ao inibirem a proliferação de células do câncer de mama humano (linhagem celular MCF-7) cultivadas in vitro, serem ativos contra a infecção pelo vírus Herpes Simplex tipo 2 (HSV2) (DA SILVA et al., 2002). Um dos compostos, modificado através da adição de hidroxilas reativas ao anel aromático D, foi particularmente ativo em relação à proteção contra à miotoxicidade induzida por veneno botrópico. Os resultados mostraram atividade contra os danos causados ao sarcolema das células musculares, com valor relativamente baixo de IC 50 (concentração inibitória para 50% das células) igual a 1,3µM, o que diminui o possível risco de toxicidade do composto ao organismo em possibilidades futuras de administração deste como um fármaco (DA SILVA et al., 2002). Estudos comparativos do efeito citotóxico do lapachol, da α-lapachona e de 1,4naftoquinonas pentacíclicas em células leucêmicas humanas mostraram que os compostos derivados podem ser bioativados in situ por redução seguida por rearranjo. Tal rearranjo 10 conduz a intermediários que são agentes alquilantes poderosos, capazes de alterar grupamentos do DNA evitando a duplicação celular (NETTO et al., 2009). Baseados em ensaios in vitro descobriu-se compostos ativos com seletivas atividades antitumoral, antileishmanial e antimalarial. A arquitetura molecular apresentada na estrutura destes compostos derivados de 1,4-naftoquinonas foi feita por hibridização molecular entre lapachol, α-lapachona e pterocarpanos 5. Os compostos testados foram seletivos para as terapias de interesse, apresentando baixos níveis de toxicidade a linfócitos puros de camundongos, o que resulta em um alto nível de segurança terapêutica. Porém, a taxa de segurança para as células MCF-7 de câncer de mama humano foi mais baixa do que a observada para ambos os parasitas. Um resultado já esperado, pois sabe-se que os linfócitos são geneticamente mais similares à células de carcinoma de mamíferos do que de protozoários parasitas Leishmania amazonensis e Plasmodium falciparum, agentes causadores da leishmaniose e da Malária, respectivamente (DA SILVA et al., 2009). Mostrou-se que pterocarpanos entre outros grupos de produtos naturais agem como fitoalexinas ou fitoxinas, pequenas substâncias produzidas por plantas em defesa a ataques de microrganismos. Esses compostos inibem o crescimento de bactérias e fungos in vivo e in vitro, e sua produção durante uma infecção pode induzir a resistência às infecções subseqüentes. A fitoalexina faseolina, por exemplo, é expressa em altas concentrações na espécie de feijão Colombiano resistente ao fungo Colletrotricum lindemuthianun, o agente causador da doença antracnose (KAMAT et al., 1981; MITSCHER et al., 1987). Pterocarpanos apresentam outras interessantes propriedades biológicas dependendo do tipo de substituição presente nos anéis A e D (Figura 6). O edunol isolado de Harpalyce braziliana, uma planta do nordeste brasileiro usada na medicina popular apresenta propriedades antiofídicas in vitro e in vivo (CHILPA apud DA SILVA et al., 2009). Pterocarpanos, isolados de uma planta do gênero Erythrina apresenta atividade anti-HIV in vitro (BOYD et al., 1997) e Crotafurano B, isolado de Crotalaria pallida apresenta propriedades antiinflamatórias in vitro (LIN et al., 2006). Em 1995, o pterocarpano catecol 5 foi isolado de Petalostemon purpureus e mostrou ser ativo nas células KB, uma linhagem celular de carcinoma epidermóide humano (CHAUDHURI et al.,1995; GOTTLIEB et al., 1978., SALEM et al., 2006). 11 Figura 6. Pterocarpanos bioativos que ocorrem naturalmente (1-5) e derivado (6) (Retirado de DA SILVA et al., 2009) As 1,4- naftoquinonas mostraram-se altamente eficazes na eliminação de células leucêmicas, particularmente aquelas resistentes a diversos medicamentos – as chamadas linhagens MDR, do inglês “Multi Drug Resistance”, como a linhagem celular Lucena-1. Como conseqüência do desenvolvimento dessas linhagens, muitos pacientes não apresentam mais resposta a quimioterápicos de uso corrente na clínica médica, fenômeno que é o maior responsável pelos casos de insucesso terapêutico. As substâncias também possuem caráter biosseletivo, ou seja, sem toxicidade significativa para os linfócitos ativados por fitohemaglutinina (PHA) e mostrou resultado igualmente bem-sucedido em cultura de células tumorais de pulmão – um dos cânceres mais difíceis de tratar (NETTO et al., 2009; DA SILVA et al., 2009). 12 2. OBJETIVO 2.1. Verificar a toxicidade do fármaco, composto derivado de naftoquinona, contra parasita intracelular Toxoplasma gondii em interação com células LLCMK2. 2.2. Observar os aspectos estruturais, ultraestruturais e a viabilidade das células hospedeiras e dos parasitas em diferentes condições como tempo de interação e concentração da droga (Cálculo de IC 50). 13 3. METODOLOGIA 3.1. OBTENÇÃO DE TAQUIZOÍTAS DE TOXOPLASMA GONDII Taquizoítas de Toxoplasma gondii (Cepa RH) foram mantidos por passagens intraperitoneais em camundongos suíços (CF-1). Após 48h de infecção, os parasitas foram coletados em solução salina de tampão fosfato (PBS) através de lavagem peritoneal. O lavado peritoneal sofreu centrifugação (100g; 5’; 4°C), o sobrenadante coletado foi centrifugado (1000g; 10’; 4°C) para a obtenção das formas taquizoítas. Os parasitas contidos no pellet foram ressuspensos em DMEM e diluídos em fixador (Paraformaldeído 4% em PBS) para quantificação através da câmara de Neubauer ao microscópio óptico convencional. 3.2. OBTENÇÃO DE CÉLULAS LLCMK2 As células fibroblásticas LLCMK2 (Monkey kidney cells) foram cultivadas em meio DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium ) suplementado com soro fetal bovino a 10%, e o pH do meio foi mantido numa atmosfera com CO2 a 5%, e a 37ºC. As células multiplicaram-se até a formação de monocamada, aderente à superfície do frasco de cultura. A subcultura dessas células foi obtida a partir de culturas confluentes, enquanto a infecção com o parasita foi realizada em culturas subconfluentes. As células foram subcultivadas, a partir de suspensões celulares obtidas por tripsinização dos frascos de células em monocamada. Todas as operações envolvidas no manuseio das células e meios de cultura celular foram efetuadas em condições de assepsia, com o uso de material estéril em câmara de fluxo laminar. 3.3. DERIVADO DE NAFTOQUINONA O composto derivado de naftoquinona utilizado foi sintetizado e cedido por Chaquip D. Netto e colaboradores (Laboratório de Química Bioorgânica (LQB), Núcleo de Pesquisas de Produtos Naturais, Centro de Ciências da Saúde, Bloco H, Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ 21941-590, Brasil). 14 Para estudos in vitro, este composto foi diluído em 100 µL de DMSO (dimetil sulfóxido), tendo o estoque 118 mM de concentração. Foram preparadas alíquotas do composto na concentração de 5mM em 2 mL de meio de cultura DMEM ( [DMSO]final = 4,25%). As alíquotas foram mantidas em freezer (-22°C); O composto foi testado nas seguintes concentrações: 1,0 µM, 2,5 µM, 5,0 µM e 10,0 µM. A diluição da alíquota foi feita momentos antes de sua utilização para que passasse a ter as diferentes concentrações de interesse. O DMSO presente nas alíquotas foi diluído de acordo com a concentração utilizada: 100.000 vezes para 1µM ( [DMSO]final = 0,00085%); 40.000 vezes para 2,5 µM ( [DMSO]final = 0,002125%); 20.000 vezes para 5µM ( [DMSO]final =0,00425%) e 500 vezes para 10,0 µM ( [DMSO]final = 0,0085 %). O controle foi feito com meio de cultura DMEM suplementado com 10% de soro fetal bovino e com a concentração máxima de DMSO utilizado nos experimentos ([DMSO]final = 0,0085 %). A preparação e manipulação do composto puderam ser feitas sem cuidados em relação à iluminação do ambiente, pois este não é sensível à luz. 3.4. INTERAÇÃO IN VITRO As células foram plaqueadas em lamínulas de vidro em placas de 24 poços e infectadas na proporção de 10:1 parasitas por célula. Para que houvesse a interação, a placa foi mantida por 1 hora em estufa de CO2. Após esta etapa as células foram lavadas para que fossem removidos os parasitas extracelulares não-aderidos. O composto foi adicionado nas concentrações de 1µM, 2,5µM, 5,0µM e 10µM às células infectadas segundo protocolo descrito por De Souza W. et al., 2006. 3.5. PREPARO DAS INTERAÇÕES PARA OBSERVAÇÃO EM MICROSCOPIA ÓPTICA Após 24 horas e 48 horas de contato com o fármaco, as células foram fixadas em solução de paraformaldeído 4% em PBS, coradas com corante Giemsa 10% em água destilada, desidratadas em diferentes concentrações de acetona-xilol: 1) 100% acetona; 2) 100% acetona; 3) 70% acetona e 30% xilol; 4) 30% acetona e 70% de xilol; 5) 10% acetona e 90% de xilol; 6) 100% xilol. Após desidratação as lamínulas foram montadas 15 sobre gotas de Entellan. As lâminas prontas foram observadas ao microscópio, e foi realizada a contagem para o cálculo do Índice de Infecção e realização das análises estatísticas (Quadro 1). Quadro 1. Fórmula para o cálculo de Índice de Infecção (I.I): (I.I) = % células infectadas (nº parasitas intracelulares/ nº total de células infectadas) 3.6. PREPARO DE LAMÍNULAS PARA OBSERVAÇÃO EM MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA Na preparação para microscopia eletrônica de varredura, as lamínulas foram fixadas em fixador de Karnovsky (paraformaldeído 4%, glutaraldeído 2,5%, tampão cacodilato de sódio 0,1M, pH 7.4), desidratadas nas seguintes concentrações de acetona: 30%, 40%, 50%, 70% e 100%, secas em ponto crítico e cobertas com ouro através de metalização com 25nm de espessura. Após esse processamento das amostras, foram analisadas através da confecção de imagens ao microscópio eletrônico de varredura Jeol JSM 6490LV. 16 4. RESULTADOS 4.1. MICROSCOPIA ÓPTICA O gráfico plotado para determinação do IC50 mostra que a concentração 2,5µM foi capaz de reduzir a taxa de proliferação do parasita em 50% em relação ao controle, sendo esta uma concentração relativamente baixa. Figura 7. Índice de Infecção das interações do Toxoplasma gondii com células LLCMK2 tratadas por 24 h e 48h com o derivado de naftoquinonas para determinação do IC50%. * Diferença significativa em relação ao controle (p≤ 0,05) O resultado mostrado anteriormente pode ser confirmado através do gráfico resultante de outro ensaio com o tratamento quimioterápico in vitro com a utilização do derivado de naftoquinona em diferentes concentrações, como: 1 µM, 2,5 µM, 5,0 µM e 10,0 µM, onde a concentração de 2,5 µM aparece como o IC50% capaz de controlar a multiplicação do parasita em relação ao controle (Figura 8). 17 Figura 8. Índice de Infecção das interações do Toxoplasma gondii com células LLCMK2 durante 1 h, 24 h e 48 h de tratamento com o derivado de naftoquinona 4.2. MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA Os resultados obtidos por microscopia eletrônica de varredura das interações do T. gondii com células fibroblásticas LLCMK2 são mostrados na figura 9. A micrografia 9-A, mostra uma hora de interação na ausência do composto, onde é possível notar a integridade no formato do corpo do parasita. Em 24 horas de interação na ausência do tratamento há um pequeno vacúolo, muito comum ao vacúolo formado em mecanismo ativo de invasão (B) . Após 48 horas de interação na ausência do derivado,há a formação de rosáceas, estrutura característica de momentos de proliferação do parasita (C/D). Em 24 horas de interação com tratamento com o composto na concentração de 2,5 µM, há a formação de poros na membrana do parasita (E/F). O formato do corpo do parasita é mostrado com mudança significativa e diminuição do tamanho em 48 horas de interação na presença do composto na concentração de 2,5 µM (G/H). 18 A B C D E F G H Figura 9. Microscopia Eletrônica de Varredura da interação de células LLCMK2 com Toxoplasma gondii durante o tratamento com o fármaco derivado de naftoquinona. A- 1 hora de interação na ausência de tratamento com o composto. Note o mecanismo de invasão do parasita. B- 24 horas de interação sem o tratamento com o composto. Note o vacúolo pequeno próximo ao corpo do parasita, similar ao do mecanismo ativo de invasão (seta). C/D- 48 horas de interação na ausência de tratamento com o composto. Note a formação de rosáceas. E/F- 24 horas de interação e tratamento com o composto na concentração de 2,5 µM. Note a formação de poros na membrana do parasita (seta). G/H- 48 horas de interação na presença do composto com concentração de 2,5 µM. Note os danos provocados ao parasita pelo tratamento, como a modificação de sua estrutura 19 5. DISCUSSÃO Em estudos anteriores, ZUMA et al descreveram que a β-lapachona é muito ativa contra o Trypanosoma cruzi, mostrando que em células Vero infectadas com T.cruzi e tratadas com o fármaco em diferentes concentrações, as células hospedeiras sofrem o efeito da alta toxicidade do composto, e mesmo com a taxa de proliferação do parasita reduzida, há grande perda das células Vero. Da Silva et al., sintetizaram compostos derivados de naftoquinonas que foram testados in vitro apresentando atividades seletivas antitumoral, antileishmanial e antimalarial. Estes fatos impulsionaram a realização dos testes com o derivado de naftoquinona, em concentrações diferentes das testadas nestes estudos e em células fibroblásticas LLCMK2 infectadas com o Toxoplasma gondii. Verificou-se, que a toxicidade do derivado de naftoquinona contra o parasita intracelular Toxoplasma gondii em interação com células LLCMK2 ocorre, sugerindo efeito antiproliferativo do fármaco. O composto foi ainda capaz de reduzir o índice de infecção destas células, sendo também observadas alterações na membrana do parasita, o que aparentemente pode estar ligado à via de biossíntese de lipídeos de membrana do mesmo. De Souza, W. et al mostraram os efeitos antiproliferativos dos fármacos ER119884 e E5700, contra Toxoplasma gondii em células epiteliais. Suas sínteses se basearam em inibidores da enzima Esqualeno sintase (SQS), enzima fundamental da via de biossíntese de esteróides, que possuem atividade seletiva contra o parasita, sendo sugeridos para utilização em associação a terapias já existentes contra a toxoplasmose. Protozoários parasitas como o T.gondii, Tripanossoma cruzi e Leishmania spp. sintetizam o esterol ergosterol, mas não o colesterol, e assim, neste parasita, etapas da biossíntese de esteróis que são divergentes em relação à síntese realizada por células de mamíferos, têm sido intensamente estudadas como alvo quimioterápico (DE SOUZA, W., 2006; CAMMERER, S. B, 2007) . O possível mecanismo de ação destes fármacos estaria relacionado a interferência com o metabolismo de lipídeos por modificar a ultraestrutura do parasita, levando ao inchaço de organelas como a mitocôndria e também de estruturas de membrana da célula, como vacúolos parasitóforos. Os derivados de 1,4-naftoquinonas com seletivas atividades antitumoral, antileishmanial e antimalarial possuem a interessante característica de ter baixa toxicidade a linfócitos puros de camundongos, resultando em altos níveis de segurança terapêutica. Sendo a taxa de segurança para as células MCF-7 de câncer de mama humano mais baixa 20 do que a observada para Leishmania amazonensis e Plasmodium falciparum, devido a similaridade entre as estruturas celulares de células de carcinoma de mamíferos e os linfócitos sadios (DA SILVA et al., 2009). O mecanismo de ação deste derivado de naftoquinona é ainda desconhecido contra o Toxoplasma gondii e contra o Plasmodium falciparum, agente etiológico da Malária, mas podem ser mecanismos similares, pois ambos os parasitas são pertencentes ao filo Apicomplexa. Já é conhecido que estes parasitas não possuem o complexo NADH desidrogenase tipo 1 (complexo I) mas no lugar deste, possuem alternativamente NADH desidrogenase (tipo II), que são ausentes em células de mamíferos e por isso são considerados alvos promissores para fármacos antimicrobiais como o composto1-hidroxi-2-dodecil-4(1H)quinolona (HDQ), derivado de quinona identificado como inibidor de alta afinidade desta enzima ( SALEH et al., 2007). Fármacos para o tratamento da Toxoplasmose são eficazes, mas carregam com a atividade biológica sobre a terapia de interesse, muitos efeitos colaterais, incluindo a supressão da imunidade, e outros sintomas que levam a resistência dos pacientes ao tratamento, como: vômitos, tremores, convulsões e depressão da medula óssea (REMINGTON et aI., 2001). Estudos relacionados a quimioterapia antiparasitária se tornam então importantes para o desenvolvimento de novos fármacos potenciais para o tratamento da Toxoplasmose, que ocorrem através da identificação de alvos específicos em vias metabólicas-chaves para os parasitas. Isso ressalta a importância de estudos como o desenvolvido neste trabalho, que auxiliam na confirmação dos alvos escolhidos para o tratamento quimioterápico. Investigações posteriores devem incluir a análise do perfil lipídico das células infectadas tratadas com o fármaco, além da observação e análise da estrutura celular do parasita em nível de citoesqueleto, pois este fármaco age modificando a estrutura do parasita, que adquire formato circular e reduzido após tratamento, diferente do seu formato comum, traduzido em seu próprio nome (Toxon = arco e plasma = formato, do grego). 21 6. CONCLUSÃO • Verificou-se que a toxicidade do derivado contra o T.gondii “in vitro”, é existente, sugerindo efeito antiploriferativo da droga, que foi capaz de reduzir o índice de infecção das células numa concentração relativamente baixa, 2,5 µM, sendo esta a concentração inibitória para 50% parasitas em relação ao controle. • Em um ensaio de cinética, este dado pode ser confirmado, após tratamento quimioterápico in vitro com a utilização do derivado de naftoquinona em diferentes concentrações, variando de 1,0 µM a 10,0 µM, a concentração de 2,5 µM aparece como IC50 em relação ao controle do índice de infecção das células. • As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura após o tratamento das interações entre célula hospedeira e taquizoítas de Toxoplasma gondii com o composto na concentração de interesse (2,5 µM) mostram que o parasita tem sua estrutura danificada, com a presença de poros em sua membrana. É visível também a perda do formato do corpo característico do parasita, além da diminuição de seu tamanho. • A observação das alterações na membrana do parasita sem no entanto afetar a viabilidade e estrutura da célula hospedeira, indicam que o mecanismo de ação deste composto derivado de naftoquinona pode estar ligado à via de biossíntese da membrana plasmática do parasita, sendo um quimioterápico com resultados promissores para uma futura aplicação terapêutica contra o parasita T.gondii. 22 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, E.R.; MELLO, A.C.; SANTANA, C.F.; FILHO, A.A.S.; DOS SANTOS, E.R. The action of 2-hydroxy-3-(3-methyl-2-butenyl)1,4-naphtoquinone (Lapachol) in pregnant rats. Revista Portuguesa de Farmácia, v.38, Nº 3, p.21-23, 1988. BLACK, M. W. & BOOTHROYD, J.C. Lytic Cycle of Toxoplasma gondii. Microbiology and Molecular Biology Reviews, v.64, Nº 3, p.607–623, Set. 2000. BOYD, M.; MCKEE, T. C.; BOKESCH, H. R.; MCCORMICK, J. L.; RASHID, M. 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