Transferrin/Transferrin Receptor- Mediated Drug Delivery.

Transferrin/Transferrin Receptor-

Mediated Drug Delivery

Incorporacion celular de fierro mediada por endocitocis via receptor de transferrina

A. El Hierro y las enfermedadesA. El Hierro y las enfermedades Hierro elemento esencial para todos los organismos para una variedad de funciones Hierro elemento esencial para todos los organismos para una variedad de funciones

biologicas( transporte,almacenamiento y activacion del transporte de oxigeno, produccion de biologicas( transporte,almacenamiento y activacion del transporte de oxigeno, produccion de energia, proliferacion celular, y un amplio rango de procesos cataliticos., Sin embargo el Hierro es energia, proliferacion celular, y un amplio rango de procesos cataliticos., Sin embargo el Hierro es potencialmente toxico si este reacciona con oxigeno genera radicales libres toxicos que atacan potencialmente toxico si este reacciona con oxigeno genera radicales libres toxicos que atacan membranas celulares, proteinas y DNA.membranas celulares, proteinas y DNA.

Los organismos deben Regular la concentracion de hierro en sus fluidos internos, tanto en Los organismos deben Regular la concentracion de hierro en sus fluidos internos, tanto en humanos como en otros mamiferos no existen vias excretorias efectivas, en vez las celulas del humanos como en otros mamiferos no existen vias excretorias efectivas, en vez las celulas del intestino controlan su absorcion y la exportan por medio de la sangre.intestino controlan su absorcion y la exportan por medio de la sangre.

Un adulto tiene 35–45 mg de hierro/kg de peso y ,mas de dos tercios es incorporado en la Un adulto tiene 35–45 mg de hierro/kg de peso y ,mas de dos tercios es incorporado en la hemoglobina en el desarrollo de precursores eritrociticos y globulos rojos maduroshemoglobina en el desarrollo de precursores eritrociticos y globulos rojos maduros

Los defectos en su absorcion y utilizacion llevan a una deficiencia de hierro y a una serie de Los defectos en su absorcion y utilizacion llevan a una deficiencia de hierro y a una serie de desordenes la mayoria de tipo neurodegenerativodesordenes la mayoria de tipo neurodegenerativo

Anemia por deficiencia de hierroAnemia por deficiencia de hierro Hemocromatosis hereditaria (HH): control inapropiado de la absorcion intestinal del hierro y su Hemocromatosis hereditaria (HH): control inapropiado de la absorcion intestinal del hierro y su

consecuente acumulacion en organos como el higado, corazon, pancreas eventualmente llevando a consecuente acumulacion en organos como el higado, corazon, pancreas eventualmente llevando a una disfuncion multi-organouna disfuncion multi-organo

Parkinson’s Disease (PD), Alzheimer’s Disease (AD), y Huntington’s Disease (HD) se han visto Parkinson’s Disease (PD), Alzheimer’s Disease (AD), y Huntington’s Disease (HD) se han visto asociadas a un incremento en los niveles de hierro y el estress oxidativo en el cerebro como asociadas a un incremento en los niveles de hierro y el estress oxidativo en el cerebro como causante de muerte neuronal .causante de muerte neuronal .

B. Captura de hierro mediante el receptor de transferrina mediante endocytosis de transferrina diferrica unida al receptor de transferrina El descubrimiento reciente de genes como HFE,96, Asociados con HH y el

transportador de metales divalentes (DMT1/Nramp2),lleva a los investigadores a estudiar el rol de estas proteinas en el ciclo de la transferrina

Ciclo de la transferrinaCiclo de la transferrinaUnion, internalizacion, (endocytosis), acidificacion, disociacion y reduccion, translocacion y transferencia citosolica del fierro en componentes intracelulares como ferritina o heme.

Fe2-Tf conTfRs es modulada por HFE. Ha sido demostrado que HFE y Fe2-Tf pueden unirse simultaneamente a TfR para formar un complejo terciario (1 Fe2-Tf 1HFE unidas a el homodimero de TfR)

HFE inhibe la interaccion de TfR- Fe2-Tf uniendose a o cerca a el sitio de union a transferrina de TfR.

HFE se une fuertemente a TfR al pH de la superficie celular pero no a pH 6.

Los transportadores de metales divalentes (DMT1) presumiblemente jugarian un rol importante en el transporte fisiologico del fierro, la disrrupcion de la expresion de cualquiera de estas proteinas puede estar conectada con el almacenaje excesivo de fierro en el cerebro

A. Iones metalicos terapeuticos: Bi, Ru, y Ti Bismuto es el mas usado en medicina (sifilis,hipertension, infecciones,desordenes gastrointestinales como diarrea y dispepsia asi como tambien el tratamiento de ulceras peptidicas mediante la proteccion de la mucosa y su efecto bactericida, a pesar de su amplio uso su mecanismo de accion, transporte y toxicidad no estan claramente definidos.

un reciente estudio de la competividad de union de transferrina y albumina en soluciones acuosas y plasma sanguineo mostro que el bismuto preferentemente se asocia a la transferrina y no a la albumina esta union produce cambios conformacionales de lobulo abierto a lobulo cerrado cambio crucial para el reconocimiento del receptor de transferrina

Por lo tanto la transferrina podria actuar como transportador del bismuto hacia el interior de las celulas

Bismuto se une fuertemente a transferrina y a lactoferrina en los sitios especificos de union a fierro con afinidades similares a las del fierro

Bi-transferrina y Bi-lactoferrina pueden ser reconocidas por celulas cancerosas placentarias y celulas intestinales de rata respectivamente y ambas interfieren con el transporte de fierro.

La Resistencia a la accion inhibitoria del bismuto entre bacterias Gram –

esta inversamente relacionado con la concentracion de fierro y depende fuertemente del mecanismo de transporte del fierro, debido a que el bismuto bloquea la via de transporte del fierro dentro de la bacteria y corta el ingreso de este requerido por la bacteria para su crecimiento.

Tanto el glutation como la metalotioneina podrian tambien jugar un rol en el transporte y pasaje de bismuto a las celulas

El Rutenio forma complejos con varios ligandos como aminas y dimetilsulfoxidos, presenta una alta actividad anticancerosa , son mayormente activos contra metastasis pero no contra tumores primarios.

Ru3þ es transportado a la sangre por transferrina o albumina ( 80% ).

El sitio de union a albumina estaria en la superficie de histidina, la estructura del cristal por rayos X de la lactoferrina-Ru3þ humana mostro que Ru3þ coordina directamente con el nitrogeno de la His 253 del imidazol, uno de los ligandos del fierro en el sitio de union al fierro en el lobuloN con el desplazamiento del ligando de cloruro mientras que los ligandos heterociclicos permanecen coordinados dentro de la proteina.

Inyecciones de Ru3þ-TF produce una mayor captura del metal por el tumor.

La captura de rutenio mediante transferrina podria disminuir la toxicidad de este metal mediante la prevencion de su union a otro lugar que no sea su celula blanco.

Los complejos de Ru-Tf podrian proveer una nueva familia de agentes antitumorales menos toxicos y mas efectivos.

El complejo unido a transferrina muestra una actividad antitumoral significativamente mayor contra celulas del cancer de colon humano que las del complejo unido a albumina.

Los complejos con Titanio (Ti4þ) han mostrado tener alta actividad antitumoral en un amplio espectro de tumores tanto murinos como humanos con menores efectos adversos que el platino.

Aparte del potencial uso terapeutico de los complejos de titanio, este elemento se encuentra presente en una amplia gama de biomateriales y alimentos y materiales de blanqueamiento, por lo tanto este ingresa a nuestro organismo, aunque el metodo de ingreso en las celulas no es conocido

Se cree que se uniria al DNA celular inhibiendo su sintesis , el titanio se almacenaria en las regiones ricas en acidos nucleicos de las celulas cancerosas

despues de su administracion , el titanio no se une a ph fisiologico sino se ha ph < 5. Se requiere de un transportador para que el titanio sea llevado a las celulas tumorales y para

prevenir su hidrolisis a ph neutral

Ti se une fuertemente a transferrina en el sitio de union especifico del fierro, su union induce cambios conformacionales y al igual que el fierro puede ser liberado en ambientes con ph altamente acido en presencia de citrato o ATP

Ti2-Tf puede bloquear la union a membrana y captura de Fe2-Tf en celulas tumorales de placenta.

Es posible que la transferrina medie la captura de titanio de las drogas antitumorales hacia las celulas cancerosas y luego este sea liberado por el ambiente acido dentro de los tumores y tenga como blanco de union el DNA.

B. Radioisotopos de diagnostico: Ga and In

Los compuestos de Galio han sido usados extensamente tanto para el diagnostico como para el tratamiento de cancer, 68Ga es de interes debido a que se puede utilizar en imagenes 3D.

El nitrato de galio ha sido usado clinicamente para el tratamiento de Hypercalcemia de enfermedades oseas malignas como metastasis osea.

Ga3þ se une a transferrina en los sitios especificos de union a Fe3þ con una afinidad similar atribuida a la similitud entre estos dos iones metalicos.

Estudios In vivo usando 67Ga encontraron que el galio se encuentra unido fuertemente a la transferrina en el plasma sanguineo.

El galio es transportado principalmente via mecanismo de receptor de transferrina, siendo la transferrina capaz de aumentar la incorporacion de galio en celulas tumorales.

Gallio-Tf puede tambien ser captado por celulas leucemicas humanas bloqueando la actividad de la enzima fierro dependiente ribonucleotido reductasa.

La alta concentracion de galio es la base para el amplio uso de la tecnica de imagenes diagnosticas usando 67Ga

Como Ga3þ, El In3þ ha sido tambien ampliamente investigado por su uso en radiofarmaceutica.

Dos isotopos de emision gamma, 111In (t1/2¼2.8 dias) y 113In (t1/2¼ 1.7 h) son de interes en la quimioterapia

In3þ, que es mas parecido a Fe3þ que Ga3þ, se una a transferrina fuertemente pero lentamente en comparacion con Ga3þ.

Cuando el Indio es inyectado como una solucion acidica o como un debil quelante como el citrato mas del 95% se une a ligandos macromoleculares que aparentemente son transferrinas a pesar que estudios recientes indican que albumina tambien puede ser responsable por la union y transporte de Indio en el suero.

El receptor de transferrina que media la captura de Indio es menos efectivo en comparacion con el fierro.

Las afinidades de union de In2-Tf y Fe2-Tf a los receptores de transferrina son muy similares en reticulocitos .Sin embargo a diferencia de fierro la transferrina unida a Indio permanece unida a membrana , produciendose una minima transferencia a la celula o incorporacion dentro del grupo heme.

Reparto de conjugados de transferrina de drogas y genes

Reparto de drogas direccionado es una de las herramientas terapeuticas modernas por medio de la cual se explora los potenciales y posibilidades de bioeventos relacionados con la biologia celular en el desarrollo de sistemas con orientacion marcada, especificos y programados.

Transferrina, ya sea en forma de droga conjugada , sistemas hibridos con macromoleculas o como sistema con cubierta liposomatica ha sido usada como transportador en el reparto de drogas anticancerigenas ligando especifico, drogas conteniendo liposomas, proteinas y genes para fundamentalmente celulas cancerosas con sobreexpresion de receptores de transferrina.

Conjugados de transferrina en reparto genetico

El reparto especifico de genes terapeuticos para definir poblaciones blanco es la mayor meta de las estrategias de la terapia genica

Los vectores virales generalmente facilitan una eficiente transferencia y expresion de genes foraneos pero intentos de modificar la especificidad de celulas blanco es dificil de conseguir ya que los vectores virales pueden ser inmunogenicos, citopaticos o recombinogenicos

Por ej: Vectores adenovirales pueden inducir una respuesta inmune del hospedero

Vectores no virales incluyendo conjugados moleculares y liposomas cationicos estan siendo estudiados como prometedoras alternativas sin embargo esta estrategia tiene una baja eficiencia de transfeccion.

Los conjugados moleculares son vectores de reparto de genes compuestos por acidos nucleicos condensados con policationes ( polylysina, polyethyleneimina) que pueden unirse a un ligando para un marcaje celular.

Despues de unirse a la superficie celular los conjugados son internalizados y una pequena fraccion de ellos escapa de la red endocitica y se translocan en el nucleo donde genes dentro del DNA de los conjugados se expresaran

La Transferrina ha sido usada como una molecula general de marcaje para dirigir DNA a celulas en division.

Conjugados de Transferrina-polylysina y transferrina-protamina han mostrado ser eficientes transportadores para la introduccion de genes en celulas humanas como las celulas leucemicas K-562

Tambien este tipo de reparto es eficiente para el envio selectivo de oligodeoxynucleotidos antisentido hacia oncogenes.

C O N C L U S I O N E S

Endocitosis mediada por Transferrina/receptortransferrina es una gran via para la entrada de fierro en las celulas mamiferas.

La identificacion de HFE como una hemocromatosis heredada y DMT1 como un transportador de fierro representan un gran descubrimiento que provee un mejor panorama del mecanismo de absorcion del fierro, su transporte y la regulacion celular de su metabolismo.

El HFE se une a los receptores de transferrina y modula de manera negativa la actividad del receptor.

DMT1 es responsible del transporte de Fe2þ desde la membrana endosomal hacia el citoplasma.

La mediacion de Transferrina provee una via especifica para el envio de una variedad de metalodrogas terapeuticas y diagnosticas.

Ga3þ yRu3þ pueden ser enviados dentro de la celula por transferrina.

Ti4þ y Bi3þ tambien se unen a transferrina en sitios especificos y estos complejos pueden ser reconocidos en cultivos celulares.

No es claro si transferrina es capaz de enviar In3þ a las celulas. El proceso de mediacion por proteinas como lactoferrina y melanotransferrina no ha sido

esclarecido.

El entender con mas detalle la mediacion de metales permitiria el diseno de drogas y agentes terapeuticos mas eficaces y al uso de drogas menos perjudiciales.

Mediante el diseno de conjugados de transferrina con drogas anticancerigenas, proteinas y DNA que condensados con policationes o llevados por liposomas cationicos se lograria el envio de estos agentes terapeuticos hacia el interior celular.

Los conjugados droga-receptor antitransferrina pueden llevar drogas y genes a traves de la barrera hemato-encefalica para el tratamiento de un amplio espectro de enfermedades del SNC.

En la terapia genica, DNA exogeno que esta unido a transferrina puede ser dirigido a celulas en proliferacion, estas celulas pueden internalizar via endocitocis el DNA y expresar los genes foraneos en el nucleo celular. su uso es restringido por factores tales como eficiencia de transfeccion y baja capacidad de marcaje

Para su uso clinico seria necesario una modificacion quimica del sistema como la optimizacion de parametros que afecten la superficie de union y el desarrollo de un mecanismo especifico para una efectiva liberacion de genes terapeuticos desde el endosoma al citosol.

El uso de ingenieria proteica para la incorporacion de secuencias de proteinas terapeuticas o peptidos dentro de la estructura de una proteina natural de transporte como transferrina ofreceria un alto potencial para el desarrollo de nuevos agentes terapeuticos en un futuro