Příběh objevení taxolu

V prosinci 2022 uplyne třicet let od schválení taxolu, významného život zachraňujícího léčiva, používaného k léčbě řady nádorů, hlavně rakoviny prsu a vaječníků. Podobně jako u řady jiných protirakovinných léčiv i u zrodu tohoto léčiva stálo testování látek z přírodních zdrojů. Příběh objevení taxolu a jeho zavádění do klinické praxe je zajímavý a pro vývoj dalších léčiv poučný.

Program testování látek z přírodních zdrojů zavedený v polovině minulého století v USA vedl ke sběru a testování velkého množství vzorků, hlavně z rostlinných materiálů. Uvádí se, že v době největšího rozmachu v šedesátých letech minulého století byly ročně testovány desítky tisíc extraktů, značná část ve středisku Research Triangle Institute (RTI) v Severní Karolíně. Pro celý program bylo zásadní, že poměrně brzy byl z čínského stromu kamptoteka ostrolistá (Camptotheca acuminata) izolován kamptotecin, vykazující značnou aktivitu proti řadě nádorů. Látka je pro terapii vzhledem k praktické nerozpustnosti nevhodná, ale v devadesátých letech byly do terapie zavedeny dvě její semisyntetická analoga topotekan (Hycamtin) a irinotekan (Camptosar).

Taxol (nověji paklitaxel) byl poprvé izolován v roce 1966 z kůry tisu západoamerického (Taxus brevifolia).Snímek Daniel Mosquin, CC BY-NC-SA 4.0

V případě taxolu vše začalo v roce 1962, kdy botanik Arthur Baclay, zabývající se sběrem vzorků pro zmíněný výzkumný program, odebral v Národním lese Gifforda Pinchota ve státě Washington z tisu západoamerického (Taxus brevifolia) dva vzorky, jeden z kůry a druhý z plodu. Tento velmi pomalu rostoucí strom nebyl ničím zvláštní, snad jen tím, že podobně jako v Evropě rostoucí tis červený (Taxus baccata) je většina jeho částí jedovatá.

Extrakt z kůry při testování vykazoval zajímavou cytotoxicitu, a tak byl Barclay požádán o další vzorky. Research Triangle Institute obdržel téměř patnáct kilogramů kůry, jejímž výzkumem se začali zabývat objevitelé kamptotecinu Monroe E. Wall a Mansukh C. Wani. V roce 1966 se jim podařilo z kůry získat několik desetin gramu krystalické látky, kterou označili K-172. I když neznali její strukturu, byli si jistí, že obsahuje nějaké hydroxylové skupiny, a tak látku pojmenovali taxol. Po několikaleté snaze se strukturu taxolu podařilo pomocí kombinace hmotnostní spektroskopie, rentgenové strukturní analýzy a nukleární magnetické rezonance objasnit a v roce 1971 ji Wani s dalšími kolegy publikoval v časopise Journal of the American Chemical Society.

Složitá struktura taxolu vylučovala možnost ekonomicky využitelné totální syntézy. Jednou z možností je jeho semisyntetická výroba z 10-deacetylbakatinu III , který se získává z jehličí evropského tisu červeného. Dnes jsou už k dispozici i různé deriváty, např. cabazitaxel využívaný k léčbě karcinomu prostaty.

Dalšímu zkoumání taxolu jako potenciálního léčiva se věnoval Národní ústav pro výzkum rakoviny (NCI). Pozornost vzbudil objev vysoké aktivity taxolu na modelech značně rezistentních nádorů. Suzan B. Horowitzová z Einstein College v New Yorku navíc v roce 1979 zjistila, že taxol na rozdíl od ostatních inhibitorů mitózy blokuje depolymerizaci mikrotubulů, děj nutný k tvorbě cytoskeletu (viz např. Vesmír 101, 52, 2022/1). Jedinečnost mechanismu jeho protinádorového působení přispěla ke zvýšení zájmu o toto léčivo, do něhož byly od té doby vkládány velké naděje.

Pro další testování ale bylo třeba většího množství látky, a tak NCI v roce 1979 požádal americké ministerstvo zemědělství o dodání 3,2 tuny kůry, což znamenalo pokácení nejméně 1000 stromů. To vyvolalo odpor ochránců přírody, obávajících se o osud nejen tisu západoamerického, ale také vysoce ohroženého a chráněného poddruhu puštíka západního (Strix occidentalis caurina), obývajícího tisové lesy.

Hledá se udržitelný zdroj

Vyřešení formulace taxolu použitelné k intravenóznímu podání léčiva otevřelo cestu k zahájení klinických studií, jejichž fáze I a II proběhly velmi úspěšně. Zvláště výsledky fáze II u rakoviny vaječníků byly tak nadějné, že nutily k zamyšlení, jak získat dostatečné množství léčiva nejen pro dokončení klinického hodnocení, ale také pro léčbu všech pacientek s uvedenou indikací. Při dosud používaném postupu by to totiž znamenalo pokácení 360 tisíc stromů, což bylo samozřejmě nemyslitelné. Bylo tedy zřejmé, že do budoucna bude zapotřebí alternativní a udržitelný zdroj taxolu, přičemž složitá struktura látky předem vylučovala možnost ekonomicky využitelné totální syntézy. Nastal čas se vážně zabývat možností syntézy taxolu z nějakého dostupnějšího přírodního zdroje.

Z řady taxanů přítomných v různých druzích tisu se ukázal nejvýhodnějším 10-deacetylbakatin III (10-DAB) z jehličí běžného evropského tisu červeného. Poprvé byl izolován Francouzem Pierre Potierem, kterému se z něj také v roce 1988 podařilo připravit taxol. Výhodnější převedení 10-DAB na taxol poté vypracovala skupina Roberta A. Holtona z Floridské státní univerzity.

V roce 1989 NCI udělil licenci na dokončení vývoje taxolu firmě Bristol-Myers Squibb (BMS), která si zvolila Taxol jako chráněný název pro vyvíjené léčivo, takže od té doby je jako generický název užíván paklitaxel, což budu v dalším textu respektovat. Zpočátku byl hlavním zdrojem paklitaxelu tis západoamerický a pro jeho kontrolovanou těžbu byl dokonce Kongresem Spojených států přijat zákon (the Pacific Yew Act), který měl zabezpečit dostatek kůry pro pokračování klinických studií zákazem využívání tohoto stromu k jiným účelům. Postupně ale firma BMS přecházela na semisyntetický paklitaxel vyráběný vylepšeným Holtonovým postupem, poskytujícím až 80% výtěžek, za jehož licencování zaplatila 200 milionů dolarů.

Drcení tisové kůry pro výrobu paklitaxelu (1991).Snímek Mike Trumball, Hauser Northwest, volné dílo, CC0

Schválen k léčbě

Kvůli nedostatku účinné látky se klinické studie protahovaly, takže i přes výborné výsledky mohl být Taxol schválen až v prosinci 1992, třicet let poté, co Arthur Baclay odebral první vzorky Taxus brevifolia a více než dvacet let poté, co Wall a Wani paklitaxel (tehdy ještě taxol) izolovali a určili jeho strukturu. Původní schválení se týkalo léčby karcinomu vaječníků, později bylo rozšířeno také na rakovinu prsu, plic, slinivky břišní a Kaposiho sarkom spojený s AIDS. V současné době je už dostupný generický paklitaxel, který se většinou vyrábí z 10-DAB získaného z přírodních zdrojů.

Alternativy a deriváty

Ve snaze získat další zdroje paklitaxelu, ale i dalších taxanů se tímto problémem zabývala řada firem i akademických pracovišť. Vzhledem k značné složitosti paklitaxelu nemůže být jeho totální syntéza ekonomicky konkurenceschopná. Přesto se jí řada špičkových pracovišť zabývala a minimálně deset z nich publikovalo úspěšné dokončení syntézy. Další teoretickou možností by bylo využít k produkci některou z endofytických hub parazitujících na tisu, u kterých byla tvorba paklitaxelu zjištěna, ale nízká výtěžnost a obtížné možnosti izolace brání komerčnímu využití. Úspěšnější byl výzkum firmy Phyton Biotech, která ve spolupráci s BMS vyvinula způsob produkce založený na technologii fermentace rostlinných buněk specifické buněčné linie Taxus, který je od roku 2002 využíván při výrobě Taxolu.

Kromě tohoto postupu je nejvíce využíván semisyntetický proces vycházející z 10-DAB, který je získáván hlavně z jehličí tisu červeného, pěstovaného komerčně na plantážích. Zajímavý přístup je zaveden v Nizozemsku, kde nadace nazvaná Taxus taxi propaguje sběr prořezů z tisu pěstovaného jako okrasný keř v soukromých zahradách. Ve spolupráci s některými zahradnickými firmami pak poskytuje zájemcům instruktáž, ale také zdarma tašky a plachty a nakonec i odvoz nasbíraného jehličí, kterého ročně získává řádově stovky tun.

Dostupnost 10-DAB vedla také k syntéze a testování řady nových polosyntetických derivátů paklitaxelu. Nejúspěšnějším je jistě Potierem a jeho spolupracovníky objevený docetaxel, který byl firmou Rhone Poulenc Rorer (nyní součást firmy Sanofi) v roce 1996 zaveden do terapie pro léčbu metastazované rakoviny prsu pod názvem Taxotere. Později byla indikace rozšířena také na léčbu malobuněčné rakoviny plic a karcinomu prostaty u pacientů, kteří nereagují na hormonální léčbu. Dalším terapeuticky užívaným protinádorovým taxanem je cabazitaxel (Jevtana) firmy Sanofi, schválený v roce 2010 pro léčbu hormonálně rezistentního karcinomu prostaty.

Americká chemická společnost zahájila v roce 1992 program National Historic Chemical Landmarks. Vyzdvihuje významné úspěchy z historie chemie a souvisejících profesí, které naplnily vizi této společnosti zlepšovat pomocí chemie život lidí. V roce 2003 mezi tyto mezníky v historii chemie zařadila objev kamptotecinu a paklitaxelu. Jedním z důvodů bylo jistě i to, že se v případě paklitaxelu podařilo skloubit zájem medicíny se zájmy ochrany přírody.