Avigdor Scherz教授研究更新

从光合作用到癌症治疗 - 绿色途径

总结总结

光合作用通过生物质形成,氧气产生和二氧化碳消费维持地球上的寿命。全球温度变化和扩展可持续能源资源的必要性在光合研究中发布了新的挑战。因此,实验室的一部分研究的重要组成部分旨在了解控制光合作用对不同栖息地和新的,热稳定和热柔性微生物的环境温度的潜在原则,以用作新颖的平台多于。
在光合作用的基本过程中,五元环叶绿素将关键角色作为光收集器和能量转换器,因此定义为“生命的颜料”。在我们对光合作用的持续研究之后,我们假设叶绿素(BCHL)和动物组织内光的叶绿素(CHL)的相互作用应为癌症成像和治疗的新机遇,视力治疗威胁性疾病和其他病理。为了使本申请能够设计新的BCHL衍生物(BCHL-D),具有更高的稳定性,水溶解度和更好的药物用途作为自由基发生器的能力。
与生物调节部的亚兰萨洛蒙教授的实验室合作(见相关摘要),我们表明,在静脉内注射不同BCHL-D后不久的动物模型中肿瘤的照明导致非常高的固化率,从而为CHLS定义提供新的解释为“生命的颜料”。关于新BCHL-D药代动力学和药理学的实验室的调查结果有助于将拟议的治疗方式转化为旨在治疗局部前列腺癌和年龄相关性黄斑变性的临床试验,具有高选择性。这些研究还提供了在高空间和时间分辨率,活性氧物种,并遵循其在细胞和血管过程中的作用的新颖手段。在过去的四年中,我们将我们的药物设计,综合努力和生物学评估的主要部分集中在一家新的BCHL-D分子上,特别是在肿瘤脉管系统和转移性肿瘤细胞中进行选择性成像,体内预后希望治疗局部化和转移性癌症病变。在这里,我举报了我们实验室所取得的进展和持续研究的重点,以及去年合作的实验室。

*基因工程蓝藻在广阔的温度范围内具有高的适应潜力。

野生光合嗜苯酚的重要生长被限制在由位于光合反应链的相对端的酶的热敏敏感度限定的窄温度范围:照相系统II(PSII)和Rubisco复合物。因此,预测全球变暖少数可能降低初级生产力,全世界震动生态系统,对食品和可持续能源资源构成威胁。在揭示在嗜森粒细胞和嗜热嗜热嗜热嗜热疗法(1)中控制PSII中电子转移的温度适应的元素(1),我们开始产生在比野生类型更大的温度范围内起作用的新的光合生物菌株,从而能够改编生物质产生的适应即将举行的全球变化。在该研究中,我们表明,PSII蛋白复合物D1-212和D1-209位点的突变,使嗜培素综合症SP的全细胞。PCC6803具有稳定性,热塑性和光合活动15 - 43内O.C范围。来自稳定的PSII的持续电子流动使得能够表达光系统I和Rubisco蛋白,并生理适应比野生型明显更宽的温度范围。该拟议的方法可以为生态系统的适应性提供第一步,并用于在生物技术应用(2)的升高和波动温度下制作生长的强制初级生产商(2)。

*静电潜在变化在分子中原子的测量和意义

提出了分子中原子原子的静电电位(ESP)的变化,以在许多实验观察过程中起关键作用,包括间分子内电荷摩擦,蛋白质折叠,生物和非生物催化。然而,最新的直接测量这些变化和对特定反应性影响的证据是罕见的。在这里,我们测量在生物学上重要的电子受体中特定原子的ESP的变化,并首次显示它们对捐赠电子的收获和定位的影响。对检查分子,金属和非金属BCHL的计算分析提供了实验观察的理性,其在不同表面上的自组装单层。特别重要的是反向直观但实验观察和计算上的确认,在这些分子内带正电荷和强烈的电信金属上的负面esp的演化。通过来自金属配位原子的电子密度吸引来解释该观察。合并的实验和计算数据表明,光合机械中的CHL和BCHL已经自组织,以提供指向电子流量的最大效率,部分占这些过程的高量子产量,并为人造太阳能收集系统提供了新的准则(3)。

图。在接受-VTP处理(2mg / kg,5根纤维)之前(上图)和(下图)和(下图)之后的人前列腺的MR灌注图像(2mg / kg,5纤维)。灌注逮捕是暗区明显。尿道保持完整。

**在I / IIa剂量升级研究中使用胶带(WST09)在放射治疗失败后对复发前列腺癌的光动力治疗

继之前的I/II期研究(4)之后,本研究旨在评估Tookad-Vascular Targeted光动力疗法(VTP)作为一种全器官消融的方法在局限性前列腺癌患者体外放射治疗后的疗效。根据我们实验室的临床前研究,一种新的光动力学方案,在敏化剂输注期间开始照明。患者接受固定的光敏剂剂量2mg /kg和由计算机辅助治疗计划确定的患者特定光剂量。在超声引导下经会阴放置多达6根圆柱形扩散光传递纤维于前列腺。通过血清PSA、7天钆增强t1加权MRI和6个月活检测量血管病变形成来评估治疗反应。整个前列腺的治疗是可能的,对周围器官的影响很小。增加光剂量可改善组织反应,与MRI相关的无血管病变,在一些患者中占前列腺的80%。在13例患者中,有8例患者接受了至少23 J/cm2(90%前列腺体积的D90 > 23 J/cm2)的光剂量,通过6个月活检确定了完全的治疗反应。副作用是适度的和自限性的大多数,但直肠瘘发生在两个病人,其中一个是自发关闭。总之,Tookad-VTP可在照射后的前列腺中产生大的无血管区域,并在高光剂量下导致完全阴性的活检反应。 A response rate of greater than 50% for those patients receiving the highest light doses shows the clinical potential of Tookad-VTP to manage post-EBRT recurrence of prostatic carcinoma (5).

预测细菌叶绿素衍生物与人血清白蛋白结合亲和力的定量结构活性关系模型

近年来我们的实验室在我们的实验室中开发了各种菌血氯(BCHL)衍生物,因为血管靶向光动力治疗(VTP)的循环光激活器。两种这样的化合物,胶带和WST11已经进入II期临床试验,用于分别治疗局部的前瞻性癌症(4,5)和年龄相关黄斑(6)。在所有这些病例以及其他临床应用的敏感剂的情况下,对血清蛋白的结合亲和力大大影响了敏化剂的生物分布,作用方式和随后的疗效和毒性。水溶性BCH1衍生物(如WST11)的结合亲和力,例如WST11,血清白蛋白,血浆和许多药物的良好公认的载体的主要组成,是特别感兴趣的,因为它们在血液中循环时起作用,可能是BCHL-D / HSA非共价复合物(Brandis等,2005)。理解在分子结构和性质方面介绍这种亲和力的因素,即,定量结构 - 活性关系(QSAR)的结构定义为对HSA的亲和力,因此是重要的,并将使新的敏感剂定制为特定应用。
在本研究中,我们构建了两个QSAR模型,用于预测几种BCHL-D的HSA结合亲和力。两种模型预测训练集的结合亲和力和高相关的外部设定,表明除了化合物的疏水性之外,化合物电负性在确定其对HSA的结合亲和力时起着关键作用。这部小说寻找为在与其宿主器官(7)相关的成像和病变的成像和VTP时量身定制的新敏感剂的合理设计提供了新的准则。

**利用新型rgd -细菌叶绿素衍生物成像和治疗原发肿瘤和坏死肿瘤区域

癌症患者的肿瘤侵袭性和预后的肿瘤侵袭性和预后差异是强烈的。肿瘤坏死被确定为治疗结果的独立预测因子,并建议经常报告并用于临床评估。已知坏死和缺氧条件在癌症治疗中产生重大问题。因此,他们的早期识别和体内成像可能对治疗规划至关重要。对于高分辨率成像技术,可以将癌症研究和治疗中的坏死肿瘤区域分辨出的高分辨率成像技术的需求上升。
随着肿瘤的生长,它们需要增加血液供应,从而切换到血管生成表型,其通过增强的血管整联蛋白表达而典型。整联素家族的许多成员识别含有arg-gly-Asp(RGD)基序的配体,使RGD含有用于肿瘤靶向的化合物有吸引力的载体。最近,在我们的实验室合成了一个新的RGD缀合物,在我们的实验室合成((8)和鲁宾斯坦E,Brandis A,Salomon Y&,Scherz A(2008),通过抗生物素蛋白 - 生物素 - 生物素靶向内皮细胞adhessies和细胞毒性毒性 -RGD构建,准备)。由于这些分子的内在荧光及其肿瘤归巢能力,它们可以各自的整合型富含肿瘤组分的成像。
我们将人乳腺癌异种移植体、原位移植体和人卵巢癌异种移植体移植到CD1裸小鼠的乳腺垫上,探讨新型RGD-Bchl偶联物对原发和转移性肿瘤病变的成像和治疗。在本研究中,我们发现(图2)c(RGDfK)-2H-MLT(其中MLT代表结合物中的Bchl部分)在给药后的前3-10小时内在肿瘤存活区积累,随后迁移到肿瘤坏死区。在这里停留8天,使这个区域有清晰的影像。在前10小时,肿瘤体积的光照导致肿瘤消退。正在进行的研究旨在解决坏死的机制构成RGD-MLT积累领域,发展组合疗法和exploting坏死药物积累新治疗模式(Goldshaid L,西格尔D, E,鲁宾斯坦约克,Eren D, Neimann k .所罗门Y & Scherz(2008),在制备;)。
图2. MDA-MB-231-RFP原位肿瘤中C(RGDFK)-2H-MLT的累积(肿瘤大小〜1cm 3)。将小鼠注射C(RGDFK)-2H-MLT。从药物注射后的第1天至7日服用图像。顶部面板 - 用RFP转染细胞的仿真。底板 - C(RGDFK)-2H-MLT荧光的成像。

**对受体 - 配体结合位点的原子电荷和静电电位的准确描述;为RGD-BCHL-D / Integrin受体绑定引入新的概念和工具

小分子与大分子靶点结构的计算对接在过去的30年里已经成为许多药物发现项目的关键组成部分,并被广泛应用于靶点识别和先导物优化。对接过程包括对结合位点内配体构象和方向的预测,其中所采用的能量模型通常是具有固定的、非极化原子电荷的分子力学(MM)力场(例如琥珀和CHARMM力场)。由于静电相互作用,如这些电荷所描述的,对非键配体-受体的能量有主要贡献,准确的配体和结合位点电荷可能导致改进的对接。这些可以通过考虑配体和/或配体与周围蛋白质和水环境的结合位点的极化来获得,无论是利用可极化力场还是量子力学/分子力学(QM/MM)方法。
QM/MM混合方法将系统划分为QM和MM层,并描述了由于周围环境的影响,QM处理的分子域的极化,通常根据MM力场建模为固定原子电荷。在最近的一项研究中,通过QM/MM计算得到的受体-配体配合物的准确配体电荷被证明与来自MM力场的固定电荷对接(OPLS)相比,能够显著提高对接结果。另外,绑定网站的收费可以严格计算。在我们实验室之前的研究中,我们使用高阶密度泛函定理(DFT)计算,通过实验和计算表明,由于电负性均衡,连接金属的有效电荷明显小于其形式电荷(9)。
受这些研究的启发,并通过目前的方法明确地考虑了对接地点的金属的指控,我们正在开发用于在受体结合位点的准确,QM质量,原子部分收费和ESP的计算方法,并使用这些费用和尤其是提高对接模拟的值。QM / MM方法将用于通过周围蛋白质环境来解释结合位点的偏振。使用含有配体的RGD的已解决结构(Goldberg E.和Scherz A.,2008,在制备中)。

** WST11 /血清白蛋白非共价复合物在水溶液中催化产生氧自由基。

本研究侧重于血清白蛋白在水溶液中采用光透明的WST11对ROS生成谱的影响。累积,我们的数据介绍了一种新颖的概念,表明WST11 / SA非共价加合物,以前由我们的小组作为循环WST11(Brandis等,2005)的主要形式,从蛋白质基质到溶剂化氧气转移到溶剂化氧气分子,从而产生超氧化物自由基。超氧化物自由基可以进一步产生羟基自由基,如前所述(Vakrat-Haglili等,2005)。在Femto-Micro-mixecond时域的光学吸收和荧光光谱,光谱 - 电化学,电子顺磁共振,具有不同的自旋陷阱和氧气测量,我们:(1)遵循水力溶剂的WST11的物理和化学反应sa,全血清和猝灭剂;(2)确定并量化了进化的ROS;(3)在缺乏和存在的情况下,监测氧气消耗的速率和产量和SA的情况下的存在和存在;(4)在ROS产生后监测SA分子的化学修饰。我们表明,在纯水溶液中,WST11在可比较的量以比较的量产生超氧化物和羟基自由基,而没有可检测的单次氧,同时通过氧化过程快速降解,如前所述,如前所述(Vakrat-Haglili等。Al,2005)。 The added SA profoundly reduces the photochemical degradation of WST11, as well as the yield of the spin trapped ROS signals. Still, about 70% of hydroxyl radicals are produced compared to solutions that do not contain SA and the rate and yield of oxygen consumption increases to ~15 per single molecule of WST11. These and other findings provide the ground for understanding the mechanism underlying vascular arrest by the circulating Bchl-D ((9) and Ashur I, Goldschmidt R, Pinkas I, Salomon Y, Sarna T & Scherz A, 2008, In preparation).
*这项研究得到了法国Steba-Biotech的支持。
**这项研究得到了澳大利亚 - Minerva基金会和Koret Foundation的支持

选定的出版物

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Philip-Granit N,Goldberg E,Aschur I,Cohen H,Vilan A,Van der Boom M和Scherz A,分子中原子的静电潜在变化:测量和含义(2008),提交
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