UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FARMÁCIA Produtos marinhos como fonte de novos agentes medicinais Profa. Dra. Miriam de Barcellos Falkenberg VIII Simpósio Ibero-Americano de Plantas Medicinais Itajaí, 24-27 de outubro de 2016 Introdução Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Introdução Introdução Oceanos: 71% Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais (NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION, 2016) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Oceanos: 71% Estudos com algas MAR: insumos tradicionais Considerações finais - alimentos; instrumentos adorno transporte Oxigênio (microalgas) Petróleo (JOLY et al., 2011; MARCOLIN, 2010) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas MAR – novos “insumos”: Considerações finais Agar, alginatos, carragenanas Biodiesel (microalgas) Energia das ondas Controle temperatura global Biodiversidade marinha como fonte potencial de novos fármacos Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais PN terrrestres Medicina tradicional • Potenciais atividades (inclusive toxicidade) conhecidas • Facilidade de registro • Valor econômico Taxonomia (mais estudos) > facilidade de cultivo > facilidade de coleta Variabilidade ambiental e sazonal PN marinhos Maior uso tradicional alimentar Taxonomia complexa e pouco estudada Aquacultura restrita Logística de coleta complexa Variabilidade ambiental e sazonal extrema (microbiota, ondulação, profundidade, correntes, etc.) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 (SMIT, 2004) Introdução Tectitethya crypta Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais R1= H R2= Me 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1951: Bergmann e Feeney (BERGMANN, W.; FEENEY, R. J. , 1951) Introdução Tectitethya crypta Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Arabinose 1930 1940 1950 1960 1970 1980 Ribose 1990 2000 2010 1951: Bergmann e Feeney (BERGMANN, W.; FEENEY, R. J. , 1951) Introdução Vidarabina Citarabina Espongouridina Espongotimidina Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais 1960 1930 1959 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1951: Bergmann e Feeney (BERGMANN, W.; FEENEY, R. J. , 1951) • • • • • • • • Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Citarabina; Trabectedina (Yondelis®); Mesilato de eribulina (Halaven®); Brentuximabe vedotina (Adcetris®); Vidarabina; Iota-carragenina (Carragelose®); Ziconotídeo (Prialt®); Ésteres etílicos de ácido ômega-3 (Lovaza®). Considerações finais 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Primeiros medicamentos aprovados (RANGEL; FALKENBERG; 2015) Introdução Diversidade da química marinha Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas METABÓLITOS SECUNDÁRIOS: Considerações finais - Adaptação do organismo ao ambiente marinho - Comunicação - Defesa contra predadores e epífitas - Interações com outros organismos (simbiose/comensalismo). Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Diversidade química Introdução Diversidade química Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais FATORES ECOLÓGICOS E AMBIENTAIS HETEROGENEIDADE DE COMPOSTOS isolados de uma mesma espécie, coletadas em locais diferentes. (STENGEL; CONNAN; POPPER, 2011) Algas Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Bentos : aderidas ao substrato; Plâncton: suspensas na água. Classificação de macroalgas : Algas pardas (Phaeophyta); Algas verdes (Chlorophyta); Algas vermelhas (Rhodophyta). Fonte de alimentos e insumos farmacêuticos: “kieselguhr”, agar, coloides, carragenanas, micosporinas, etc. Introdução Outros organismos marinhos Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Macro-organismos Estudos com algas Peixes: Tetrodontidae Considerações finais Esponjas: Halichondria okadai, Tethya sp Moluscos: Conus spp Tunicados: Aplidium albicans Bryozoa: Bugula neritina L. Micro-organismos: Salinispora tropica Fonte figuras: pixabay.com Toxinas marinhas Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais • Marés vermelhas (“algal blooms”) • ω-Conotoxina • Molusco Conus magnus: ziconotídeo = Prialt ® • Tetrodotoxina (TTX) • Pufferfish (porcupine fish, fugu, baiacu) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais 1) Ziconotídeo Introdução Toxinas marinhas 1) Ziconotídeo (ω-conotoxina) Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Conus (700 spp): 70.000 neurotoxinas diferentes • estudo canais iônicos (bloqueio canais Ca tipo N) ω-conotoxina obtida sinteticamente (>200 derivados) 2004: Trialt® (Elan): • dor crônica não responsiva à morfina • alto PM: infundido via intratecal (dispositivo implantado cirurgicamente) (OLIVERA et al., 1987; HOLMES et al., 2014; NEWMAN & CRAGG, 2016) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais 2) Tetrodotoxina (TTX) Peixe “Fugu”; algas, bactérias Estudos com algas Considerações finais “Ferramenta” estudo canais iônicos (Hodgkin & Huxley, 1952) • Bloqueio direto e indireto da contração muscular (canais NaV) 1972: síntese racemato (28 etapas) Tectin® (fase III x dor neuropática ligada a quimioterapia, Wex ) (MOCZYDLOWSKI, 2013; NISHIKAWA & ISOBE, 2013; NEWMAN & CRAGG, 2016) Introdução National Cancer Institute (NCI) Toxinas marinhas ~200.000 extratos, 13.000 animais marinhos (5.000 esponjas) Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Introdução 1) Briostatinas Toxinas marinhas Bryozoa Bugula neritina: briostatina 1 Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas 1982: Estrutura >80 estudos clínicos I/II 2011: Síntese total Considerações finais • Briostatina 1 x Alzheimer • “Bryologs” x HIV (HALE et al., 2002; KECK et al., 2011; NEWMAN & CRAGG, 2016) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas 2) Das dolastatinas ao brentuximabe vedotina (Adcetris®) Polipeptídeos de Dolabella auricularia Dolastatina 10 Considerações finais Monometil Auristatina E (MMAE) Antibody Drug Conjugate (ADC) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais 3) Da halicondrina B ao mesilato de eribulina (Halaven®, Eisai) Estudos com algas Considerações finais 1985: isolada da esponja Halichondria okadai Consórcio NCI com grupo NZ: John Blunt e Murray Munro Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais 3) Da halicondrina B ao mesilato de eribulina (Halaven®, Eisai) 1992: síntese (Kishi et al) Intermediários simplificados mostraram atividade NCI + grupo Kishi: síntese eribulina (Eisai Research Institute) Mec. ação complexo (microtúbulos) 2010: aprovado FDA x ca mama Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas 4) Ecteinascidina ET743 = Trabectedina (Yondelis®, PharmaMar) 1970 atividade (tunicado Ecteinascidia turbinata (Caribe) 1990 estrutura Considerações finais Semi-síntese a partir cianosafracina B 2007 registro EMEA (sarcoma tecidos moles) Estudos clínicos outros tipos de câncer Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais 4) Ecteinascidina ET743 = Trabectedina (Yondelis®, PharmaMar) Estudos com algas Considerações finais https://www.pharmamar.com/science-and-innovation/oncology-pipeline/ Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais O “Vale da Morte”: da etapa de desenvolvimento préclínico até aprovação de registro Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Produtos naturais marinhos (PNM) no Brasil 1960`s – (Prof. Bernard Tursch) primeiros trabalhos Echinometra lucunter 1980’s – UFRJ/UFF 1990’s – USP, UFRGS 2000`s – expansão grupos de pesquisa em PNM Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Busca de novos fármacos a partir de algas marinhas em SC: Laurencia spp Sesquiterpenos C15-Acetogeninas AcO Br Br Estudos com algas Considerações finais HO Br O Cl Cl Triterpenos O O OH H Br O O H OH Laurencia microcladia Introdução Toxinas marinhas BOMBINHAS SC Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas algas Considerações finais Licença: 13224-3 Exsicata: FLOR 14516 Identificação: Prof. Dr. Paulo Horta (CCB-UFSC); Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Journal of Pharmacy& Pharmacology 2012 Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas elatol isoobtusol Considerações finais Novos derivados em teste! Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Laurencia catarinensis I Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Phytochem. Letters 2011 Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais 1 5-Acetoxicaespitol 2 5-hidroxiacetilcaespitol 3 Acetoxiacetilcaespitol 4 5-acetoxideoxicaespitol 55 10-epideoxicaespitol 6/7 10-O-metilfurocaespitanolactol Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais 8 Caespitol Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Type II Type I Introdução 13 R1 14 12 O 11 Br 10 9 4 8 O 1 6 5 7 R2 15 3 2 X1 O X2 R 12 R R1 10 9 11 Type III 4 8 1 6 5 7 3 2 Cl Br Br O Cl Br O H H 15 R = H 16 R = OH O Cl Br 17 R = H 18 R = OAc 11 R1 = Me, R2 = OMe 12 R1 = OMe, R2 = Me 13 R1 = Me, R2 = OH R2 1 R1 = OAc, R2 = OH, 10 eq Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 2 R1 = OH, R2 = OAc, 10 eq Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 3 R1 = OAc, R2 = OAc, 10 eq Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 4 R1 = OAc, R2 = H, 10 eq Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 5 R1 = H, R2 = OH, 10 ax Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 6 R1 = H, R2 = OH, 10 eq Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 7 R1 = H, R2 = OAc, 10 eq Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 8 R1 = R2 = H, 10 eq Br, X1= Cl eq, X2 = Br eq 9 R1 = H, R2 = OH, 10 eq Br, X1= Cl ax, X2 = Br ax 10 R1 = R2 = H, 10 eq Br, X1= Cl ax, X2 = Br ax O O Cl Br R 14 R = OH 14ac R = OAc Type V Br H Type IV R1 6 3 Cl 1 OH HO R2 Cl Br Br O 22 24 R3 O O Cl O Cl Br O 21 Cl Br Br 19 R1 = CH3 ax, R2 = Cl eq, R3 = Br eq 20 R1 = Cl ax, R2 = CH3 eq, R3 = Br ax 23 O O 25 Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas L. catarinensis população II: diferentes metabólitos (C15 acetogeninas, isomaneoneno B) Considerações finais Wanke, 2014 Laurencia catarinensis Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais 2 populações quimicamente diversas I: • predomínio de ST halogenados citotóxicos, relacionados ao caespitol • ausência de acetogeninas; • grande diversidade química (>40 metabólitos isolados, 20 inéditos na literatura). II: • • • • predomínio de ST halogenados relacionados ao pacifenol, presença de acetogeninas; menor diversidade de metabólitos; um único composto inédito (em comum com I) Dictyota mertensii Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Classe: Phaeophyceae Considerações finais Ordem: Dictyotales Família: Dictyotaceae Tribo: Dictyoteae Basiônimo: Ulva mertensii Martius DM Classe taxonômica: A (GUIRY; GUIRY, 2016) Espécie Local de coleta (rendimento) Época de coleta Código C. cervicornis Atol das Rocas, RN* (1,92 g) 03/2015 C8 E. coli ATCC 25922 (%) 25922 31,9 C. cervicornis Atol das Rocas, RN* (2,00 g) 03/2015 C9 54,8 71,4 77,5 C. cervicornis Atol das Rocas, RN* (1,43 g) 03/2015 C10 46,3 13,3 95,6 C. cervicornis Atol das Rocas, RN* (0,41 g) 03/2015 C11 55,6 60,2 88,5 C. cervicornis Sapata, Fernando de Noronha, PE* (0,09 g) C. cervicornis Cabras, Fernando de Noronha, PE* (0,05 g) C. cervicornis Fernando de Noronha, PE* (0,06 g) 11/2014 C12 73,7 96,3 88,1 11/2014 C13 79,0 69,3 99,4 01/2015 C14 52,3 13,3 91,3 C. cervicornis Praia da Calheta, Ilha da Trindade, ES* (2,99 g) Pedra do Paraíso, CE (2,4 g) C. cervicornis 08/2014 C15 99,6 73,5 60,4 08/2012 C2 50,7 59,3 38,2 D. mertensii 08/2014 D5 100,0 55,9 100,0 Ilhada daTrindade, Trindade,ES* ES*(4,9 (4,9mg) g) Ilha S. aureus C. albicans ATCC ATCC 90112 25923 (%) (%) 60,2 78,7 Introdução Coleta - investigação química Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas algas Considerações finais Dictyota mertensii Identificação: Prof. Dr. Paulo Horta (CCB/UFSC); Exsicatas: FLOR 54464 e FLOR 58465 Herbário FLOR (Dept. de Botânica, CCB, UFSC). Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas algas Considerações finais 4α-acetóxi-9β,14α-dihidroxidolasta-1(15),7-dieno Canistrocarpus cervicornis Antileishmania (SANTOS et al., 2011); Anticoagulante e antiplaquetária (MOURA et al., 2011a); Inibição da bomba de sódio e potássio (GARCIA et al., 2009); Antiviral (HSV-1) (VALLIM et al., 2010). (CREWS et al.,1982; TEIXEIRA et al., 1986a) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Acetato de dictyol B (Dm2) D. mertensii Anti-alimentar: ouriços-do-mar, peixes e anfípodes (CRONIN; HAY, 1996; DUFFY; HAY, 1994); Toxicidade para cianobactérias (NAGLE et al., 2009). Antiproliferativa [MCF-7 (células de câncer de mama) e SiHA (células de carcinoma cervical imortalizadas por HPV-16)] (CAAMAL- FLUENTES et al., 2014). (FAULKNER, et al., 1977; ROSA, et al., 1986; FREITAS, et al., 2007; CRONIN; HAY, 1996; CRONIN, et al., 1995) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas algas Considerações finais Dm3 (10α-acetóxi-18-hidroxidolabela-2,7-dieno) Toxicidade contra a cianobactéria Oscillatoria peromata (NAGLE et al., 2009); Pesticida (Polydora websterii) (TAKIKAWA et al., 1998); Anti-alimentar contra o gastrópode Haliotis discus hannai (SUZUKI et al., 2002) Inibição de formação de biofilme por Pseudoalteromonas sp. (VIANO et al., 2009). Antibacteriana frente a uma cepa de Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) (IOANNOU et al., 2011). Introdução ILHAS OCEÂNICAS Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Ecossistema único: temperatura, salinidade, ação de ondas, pressão atmosférica biodiversidade. Estudos com algas algas Considerações finais Algas do arquipélago de Trindade pouco estudadas PRIMEIROS ESTUDOS (STENGEL; CONNAN; POPPER, 2011) Introdução Dictyopteris spp Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Compostos C11 sulfurados com atividade anti-inflamatória e citotóxica. Estudos com algas algas Considerações finais Dictyopteris jolyana PRIMEIRO ESTUDO DIMOU et al., 2016) Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais O Estudos com algas S Considerações finais DG1 S O O O S DG5 S S DG13 S O S Introdução Considerações finais Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais • Perspectivas de descoberta • Estudos pré-clínicos com metabólitos já isolados • Estudo em regiões ainda pouco exploradas (ex. Antártica)* • Estudos com micro-organismos do sedimento marinho e microbiota associada a macroorganismos Introdução Considerações finais Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais • Perspectivas de desenvolvimento (clinical pharmaceutical pipeline) • Fase clínica I: 12 estudos (especialmente conjugados de auristatina com anticorpos) • Fase clínica II: 5 (1 x esquizofrenia e Alzheimer) • Fase clínica III: plitidepsina (Aplidin®, PharmaMar) e tetrodotoxina (dor crônica, Wex Pharm.) • Estudos genômicos e de síntese essenciais para maximizar viabilidade de obtenção de matéria-prima Introdução Toxinas marinhas Medicamentos contra o câncer e antivirais Estudos com algas Considerações finais Considerações finais Agradecimentos Estudantes: Cíntia Lhullier, Karen Lang, Tauana Wanke, Ana Cláudia Philippus, Izabella Silva, Lara Zimmermann, Lucas Vieira, Gabriele Zatelli, Andreza Campos, Coleta: Paulo Horta, Marina Sissini e Renato Moraes (UFSC); , 2009. Atividades biológicas: Michele Alberton (FURB), Claudia Simoes e Rosa Nicolau (UFSC), WATERMAN, P.G.; MOLE, S. Analysis of phenolic plant metabolites. Oxford: Blackwell Scientific, 1994. Marisa Rangel e Marcia Franzolin (Butantan), Leticia Costa-Lotufo e Diego Wilke (UFC). ZHELEVA-DIMITROVA, D.; ZHELEV, I.; DIMITROVA-DYULGEROVA, I. Antioxidant activity of Química e Espectroscopia Vassilios Roussis e Efstathia Ioannou (Univ. Atenas), Eloir Schenkel e Lilian Bernardes(UFSC), Jorge Palermo e Fernando Duran (UBA), Alessandra Valverde (UFF); Apoio Financeiro: CNPq, Fapesc, Capes. Agradecimentos , 2009. WATERMAN, P.G.; MOLE, S. Analysis of phenolic plant metabolites. Oxford: Blackwell Scientific, 1994. ZHELEVA-DIMITROVA, D.; ZHELEV, I.; DIMITROVA-DYULGEROVA, I. Antioxidant activity of , 2009. Obrigada! WATERMAN, P.G.; MOLE, S. Analysis of phenolic plant metabolites. Oxford: Blackwell Scientific, 1994. ZHELEVA-DIMITROVA, D.; ZHELEV, I.; DIMITROVA-DYULGEROVA, I. Antioxidant activity of - Maio, 2012; - Fevereiro, 2008; - Zona mesolitoral; - Zona infralitoral; - Metabólitos com esqueleto do tipo chamigrano e acetogeninas: - Metabólitos com estrutura relacionada ao caespitol: OH H Br Cl Br Cl Br O Br OH O H O O Br (LHULLIER et al., 2010) O Br (WANKE, 2014) , 2009. Divisão Clorofilas Ficobilinas Chlorophyta (Verdes) a, b ------- Carotenoides Material de reserva beta-caroteno, luteína, zeaxantina amido WATERMAN, P.G.; MOLE, S. Analysis of phenolic plant metabolites. Oxford: Blackwell Scientific, 1994. Rhodophyta a, d ficoeritrina, beta-caroteno, (vermelhas)D.; ZHELEV, I.; DIMITROVA-DYULGEROVA, ficocianinaI. Antioxidant alfa-caroteno ZHELEVA-DIMITROVA, activity of Phaeophyta (pardas) a, c ------- Beta-caroteno, xantofila, fucoxantina Amido das florídeas laminarina , 2009. WATERMAN, P.G.; MOLE, S. Analysis of phenolic plant metabolites. Oxford: Blackwell Scientific, 1994. ZHELEVA-DIMITROVA, D.; ZHELEV, I.; DIMITROVA-DYULGEROVA, I. Antioxidant activity of Ficofibilinas: ficocianobilina , 2009. WATERMAN, P.G.; MOLE, S. Analysis of phenolic plant metabolites. Oxford: Blackwell Scientific, 1994. ZHELEVA-DIMITROVA, D.; ZHELEV, I.; DIMITROVA-DYULGEROVA, I. Antioxidant activity of , 2009. WATERMAN, P.G.; MOLE, S. Analysis of phenolic plant metabolites. Oxford: Blackwell Scientific, 1994. ZHELEVA-DIMITROVA, D.; ZHELEV, I.; DIMITROVA-DYULGEROVA, I. Antioxidant activity of