background image

Antineoplastic Agents 

Lecture 1

 


background image

Introduction 

Cancer occurs after normal cells have been transformed 
into  neoplastic  cells  through  alteration  of  their  genetic 
material and the abnormal expression of certain genes. 
 

Neoplastic 

cells 

usually 

exhibit 

chromosomal 

abnormalities  and  the  loss  of  their  differentiated 
properties.  These  changes  lead  to  uncontrolled  cell 
division and many result in the invasion of previously 
unaffected organs, a process called metastasis. 


background image

Malignant  –  grow  more  rapidly;  often  called 
“cancer” 

- Not cohesive; seldom have capsule 
- Irregular shape; disrupted architecture 
- Invade surrounding cellsm“Metastasis” 

Benign – “noncancerous” 

-Local; cells cohesive, well-defined borders 
-Push adjacent tissue away 
-Doesn’t spread beyond original site 
-Often has capsule of fibrous connective tissue 

Two major types:  benign, malignant 


background image

• Poorly differentiated = disorganized 

  

May be: 

•  Well-differentiated  =  retain  normal  cell 
function  
Mimic normal tissue  

Cancer (Neoplastic) Cells 


background image


background image

Anticancer Drugs  

Affect cell division 
Active on rapidly dividing cells 

Most effective during S phase of cell cycle 
Many cause DNA damage 

Damage DNA         initiate apoptosis 

Side effects greatest in other rapidly-dividing cells 
Bone marrow toxicity  
Impaired wound healing 
Hair follicle damage  
GIT epithelial damage 
May themselves be carcinogenic 
  


background image

Drugs Used in Cancer Chemotherapy 

Cytotoxic Agents: 
Alkylating Agents 
Antimetabolites 
Cytotoxic antibiotics 
Plant derivatives 

Hormones 
Suppress    hormone  secretion  or  antagonize 
hormone action 

Miscellaneous  (mostly target oncogene products) 


background image


background image

Alkylating Agents 

The alkylating agents are a class of drugs that are capable of 
forming  covalent  bonds  with  important  biomolecules.  The 
major targets of drug action are nucleophilic groups present 
on  DNA  (especially  the  7-position  of  guanine);  however, 
proteins  and  RNA  among  others  may  also  be  alkylated. 
Alkylation of DNA is thought to lead to cell death. 

Potential  mechanisms  of  cell  death  include  activation  of 
apoptosis  caused  by  p53  activation  and  disruption  of  the 
template function of DNA.  

•  Alkylation7-position  of  guanine    converts  the  base  to  an 
effective  leaving  group  so  that  attack  by  water  leads  to 
depurination  and  the  loss  of  genetic  information  if  the 
resulting depurination is not repaired by the cell. 


background image

•  Additionally, alkylation has been proposed to result in 
altered  base  pairing  away  from  the  normal  G-C:  A-T 
hydrogen 

bonds 

because 

of 

alterations 

in 

tautomerization. 
 •  The alkylation also leads to increased acidity of the N-1 
nitrogen  reducing  the  pKa  giving  rise  to  a  zwitterionic 
form that may also mispair. 

•  For those agents that possess two reactive functionalities, 
both  interstrand  and  intrastrand  cross-linking  becomes 
possible.  When  interstrand  links  occur,  separation  of  the 
two  strands  during  replication  is  prevented  and  therefore 
replication is blocked. 

10 


background image

11 


background image

12 


background image

Most  of  the  currently  used  alkylating  agents  are  nonselective 
regarding the sequence of DNA with which they react. 

The  general  mechanism  for  alkylation  involves  nucleophilic 
attack  by  —N=,  —NH2,  —OH,  —O—PO

3

H  of  DNA  and  RNA, 

while additional nucleophiles (—SH, COOH, etc.) present on 
proteins may also react 

13 


background image

Resistant to Alkylating Agents 

  

1.Decreased cellular uptake, 

2.Increased  inactivation  by  detoxifying  nucleophilic 
thiols such as glutathione 

3. Increased DNA repair processes 

4.  Decreased  drug  activation  when  this  is  necessary 
for generation of an alkylating species 

14 


background image

NITROGEN MUSTARDS 

Mustards  such  as  mechlorethamine  are  classified  as 
dialkylating  agents  in  that  one  mustard  molecule  can 
alkylate two nucleophiles. 

The  initial  acid-base  reaction  is  necessary  to  release  the 
lone  pair  of  electrons  on  nitrogen,  which  subsequently 
displaces  chloride  to  give  the  highly  reactive  aziridinium 
cation. 

Nucleophilic  attack  can  then  occur  at  the  aziridinium 
carbon  to  relieve  the  small  ring  strain  and  neutralize  the 
charge on nitrogen. 

15 


background image

16 


background image

Mechlorethamine  is  highly  reactive,  in  fact,  too  reactive 
and therefore nonselective, making it unsuitable for oral 
administration and necessitating direct injection into the 
tumor. 

In  cases  of  extravasation  (drug  escapes  from  the  tumor 
into  the  underlying  tissue),  the  antidote  sodium 
thiosulfate  (Na

2

S

2

O

3

),  a  strong  nucleophile,  may  be 

administered. 

17 


background image

The lack of selectivity of mechlorethamine 

One rationale was to reduce the reactivity by reducing the 
nucleophilicity  of  nitrogen,  thereby  slowing  aziridinium 
cation formation. 
This  could  be  accomplished  by  replacement  of  the  weakly 
electron-donating  methyl  group  with  groups  that  were 
electron withdrawing. 

This  is  seen  in  the  case  of  chlorambucil  and  melphalan  by 
attachment  of  nitrogen  to  a  phenyl  ring.  Reactivity  was 
reduced such that these compounds could be administered 
orally. 
In  the  case  of  melphalan,  attachment  of  the  mustard 
functionality  to  a  phenylalanine  moiety  was  not  only  an 
attempt to reduce reactivity but also an attempt to increase 
entry  into  cancer  cells  by  utilization  of  carrier-mediated 
uptake.  Melphalan  was  found  to  utilize  active  transport  to 
gain entry into cells. 

18 


background image

Attachment 

of 

more 

highly 

electron-withdrawing 

functionalities 

was 

utilized 

in 

the 

case 

of 

cyclophosphamide and ifosfamide. 

In these cases, aziridinium cation formation is not possible 
until the electron-withdrawing function has been altered. 

19 


background image

The  drug  was  activated  by  cytochrome  P450  (CYP) 
isozymes to give a carbinolamine that could undergo ring 
opening to give the aldehyde. The increased acidity of the 
aldehyde  α-  hydrogen  facilitates  a  retro-Michael 
decomposition  .The  ionized  phosphoramide  is  now 
electronreleasing  via  induction  and  allows  aziridinium 
cation formation to proceed. 

20 


background image

Acrolein  is  also  formed  as  a  result  of  this  process,  which 
may itself act as an electrophile that has been associated 
with bladder toxicity. 

To  decrease  the  incidence  of  kidney  and  bladder  toxicity, 
the  sulfhydryl  (—SH)  containing  agent  mesna  may  be 
administered and functions to react with the electrophilic 
species that may be present in the kidney. 

21 


background image

THIOTEPA 

Thiotepa  containing  the  thiophosphoramide  functionality 
was found to be more stable than the oxa-analog. 

Thiotepa  incorporates  a  less  reactive  aziridine  ring 
compared  with  that  formed  in  mechlorethamine.  The 
adjacent  thiophosphoryl  is  electron  withdrawing  and, 
therefore,  reduces  the  reactivity  of  the  aziridine  ring 
system. 
Monoalkylation  is  also  possible  as  a  result  of  aziridine 
formation via hydrolysis of thiotepa.  

22 


background image

23 


background image

BUSULFAN 

Busulfan  utilizes  two  sulfonate  functionalities  as 
leaving  groups  separated  by  a  four-carbon  chain  that 
reacts  with  DNA  to  primarily  form  intrastrand  cross-
link at 5′-GA-3′ sequences. 

The sulfonates are also subject to displacement by the 
sulfhydryl functions found in cysteine and glutathione, 
and  metabolic  products  are  formed  as  a  result  of 
nucleophilic  attack  by  these  groups  to  generate 
sulfonium  species  along  with  methane  sulfonic  acid. 
This is followed by conversion to tetrahydrothiophene, 
and  further  oxidation  products  are  subsequently 
produced  to give  the  sulfoxide  and  sulfone.  The  cyclic 
sulfone known as sulfolane may be further oxidized to 
give 3-hydroxysulfolane. 

24 


background image

25 




رفعت المحاضرة من قبل: Tabarek Alshamarti
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 220 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل