NUOVI DERIVATI BIGUANIDICI:TARGET FARMACOLOGICO E ATTIVITA' BIOLOGICA IN CELLULE STAMINALI DI GLIOBLASTOMA UMANO.

Abstract

Il glioblastoma (GBM), il tumore cerebrale più comune e aggressivo, è invariabilmente fatale. È necessario identificare nuovi farmaci per ottenere una terapia mirata alle caratteristiche molecolari responsabili del fenotipo maligno del GBM. Le cellule staminali di GBM (GSC) svolgono un ruolo importante nella crescita del tumore e nella risposta ai farmaci. La metformina, un antidiabetico orale a struttura biguanidica, esercita attività antitumorale attraverso l'inibizione della corrente ionica del canale intracellulare del cloro 1 (CLIC1), fattore chiave per la proliferazione delle GSC. Tuttavia, l’elevata concentrazione di metformina necessaria in vitro per inibire la crescita delle GSC non è traslabile in clinica. Su questa base abbiamo studiato l’attività di cinque nuovi derivati biguanidici in colture di GSC derivate da GBM umani che esprimono CLIC1, nonché su cellule GBM non staminali e cellule staminali mesenchimali (MSC), la cui proliferazione è indipendente da CLIC1. La vitalità cellulare, l’autorinnovamento, la proliferazione, la migrazione e l'effetto selettivo sulla corrente di CLIC1 sono stati inoltre valutati in colture 2D e su sferoidi di GSC tridimensionali (3D). Quattro composti hanno mostrato un IC50 10-100 volte inferiore rispetto alla metformina. In particolare, il composto Q48 ha mostrato una maggior potenza ed efficacia della metformina e una bassa tossicità su cellule GBM non staminali e MSC. Q48 ha ridotto significativamente la migrazione cellulare, l'autorinnovamento e la conduttanza ionica mediata da CLIC1. La sua attività antiproliferativa è stata confermata anche nel modello 3D. In conclusione, Q48 potrebbe rappresentare una nuova biguanide selettiva per CLIC1, con un profilo farmacologico superiore alla metformina, e supporta il ruolo di questo canale nella biologia del GBM e come potenziale target farmacologico. Inoltre, le colture di GSC emergono come modello chiave nella ricerca sul GBM per lo studio di nuovi farmaci.

Glioblastoma (GBM), the most common and aggressive brain tumor, is invariably fatal. Novel drugs need to be identified to improve therapy, targeting the molecular characteristics that drive GBM malignant phenotype. GBM stem cells (GSCs) play important roles in tumor growth and drug response. Emerging evidence suggests metformin, a biguanide with hypoglycemic activity, exerts antitumor activity through inhibition of the chloride intracellular channel 1 (CLIC1) ion current, which is a key factor for GSC proliferation. However, in vitro metformin concentration required to impair GSC growth is not translatable into clinical setting. On this basis we studied novel biguanide derivatives to improve metformin pharmacological profile. Five new compounds were tested on a panel of CLIC1-expressing GSC cultures derived from human GBMs, as well as on non-stem GBM cells and normal mesenchymal stem cells (MSCs) whose proliferation is CLIC1- independent. Cell viability, self-renewal, proliferation and migration were assessed on monolayers or neurospheres and the selective effect on CLIC1 current was analyzed. To closely mimic GBM microenvironment, three dimensional (3D) spheroids were used to evaluate drug efficacy. In the CLIC1-expressing GSC cultures tested, 4 compounds showed a 10-100 fold lower IC50 than metformin. Particularly, compound Q48 showed higher efficacy than metformin and low toxicity on non-stem GBM cells and MSCs. Q48 significantly reduced cell migration, self-renewal and CLIC1-mediated ion conductance. The antiproliferative activity of Q48 was confirmed in the 3D model. In conclusion, Q48 could represent a novel CLIC1-selective biguanide with a better potency and efficacy than metformin. The lack of antiproliferative effects on CLIC1-independent cell types confirms the central role of CLIC1 in GBM biology and biguanide antitumor effect. Moreover, GSC cultures emerge as a key model in GBM research to study novel drugs more effective in eradicating GSCs.