Effect of 17β-estradiol-bisphosphonate conjugates, potential bone-seeking estrogen pro-drugs, on 17β-estradiol serum kinetics and bone mass in rats

Abstract

In order to target 17beta-estradiol directly at bone we synthesized three 17beta-estradiol-bisphosphonate conjugates (E2-BPs) with different esterase-sensitive linkers between both molecular moieties. The systemic administration of these compounds should result primarily in local estrogenic effects on bone with no or negligible systemic hormonal effects. Only if a considerable margin exists between the doses required for inhibition of bone loss and those for systemic hormonal effects can such a pro-drug be considered acceptable for patients refusing systemic estrogen replacement therapy for several reasons. The conjugates were tested in vitro for their 17beta-estradiol release in rat serum and in vivo for their local and systemic effects in rats: in vitro, the conjugates expressed cleavage resistance, low cleavage (4.8%), or high cleavage (33.1%) within 48 hours of incubation. The conjugate with the low-cleavage doubled 17beta-estradiol serum half-life (3.78 hours) whereas the high-cleavage conjugate resulted in approximately four times higher serum half-life (8.36 hours) when compared with free 17beta-estradiol. In ovariectomized rats, bone loss was optimally prevented by 50 nmol/kg/day of 17beta-estradiol when administered S. C. over a period of 5 weeks, and protection against uterine atrophy was achieved at doses as low as 5 nmol/kg/day. The cleavage-resistant conjugate was ineffective in preserving bone and uterus in doses ranging from 5 to 150 nmol/kg/day. The other two E2-BPs revealed a dose-dependent inhibition of bone loss which was paralleled by the respective uterus weight with a dose range of 1.5-150 nmol/kg/day being fully effective in a range similar to 17beta-estradiol alone. The higher sensitivity of the uterus versus bone to protective estrogenic effects (1:10) was abolished by the conjugates. We conclude that E2-BPs containing esterase-sensitive linkers failed to act as bone-seeking pro-drugs expressing primarily local effects on bone without systemic effects.

Approaches for Searching of Modified Steroid Estrogen Analogues with Improved Biological Properties

“…Last parameter has linear correlation with bone mass (r=0.999) (Sato et al, 1995) and calcium contain in ash after bone burning (r=0.90) (Gaumet M., 1996). By measuring dry weight of the bone (after drying at high temperature until the constant mass is obtained), ash weight after burning (Bauss et al, 1996), and also by investigating the ratio of this two parameters (Broulik & Schreiber, 1994) changes in mineral bone content can be measured. Results of dual-energy X-rays absorptiometry BMD correlate with fracture incidence and useful in evaluation progression of osteoporosis (Sharp et al, 2000).…”

Bifosfonatos (BFs) como transportadores osteotrópicos no planejamento de fármacos dirigidos

“…Eles podem, também, ser úteis em condições degenerativas locais, como na doença de Paget, osteólise de tumor local ou osteonecrose, em que a regeneração óssea local necessita de estímulo 4 . Três conjugados de 17β-estradiol e alendronato, com ligações sensíveis a esterases, foram preparados por Bauss e colaboradores 34 , como agentes osteotrópicos. Os conjugados diferem no tipo de ligação entre o 17β-estradiol e o alendronato, levando a uma diferença na velocidade de cisão do pró-fármaco para formação da porção ativa, no soro 4,34 .…”

“…Três conjugados de 17β-estradiol e alendronato, com ligações sensíveis a esterases, foram preparados por Bauss e colaboradores 34 , como agentes osteotrópicos. Os conjugados diferem no tipo de ligação entre o 17β-estradiol e o alendronato, levando a uma diferença na velocidade de cisão do pró-fármaco para formação da porção ativa, no soro 4,34 . A cisão da ligação éster dos conjugados de 17β-estradiol-BF encontra-se dependente da porção adjacente da ligação éster.…”

“…O derivado do ácido dimetilglutárico (6, Figura 7) não foi metabolizado, ao contrário dos derivados do ácido dimetilsuccínico e cicloexano (7 e 8, respectivamente, Figura 7), que ocorreram na extensão de 4,8 e 33%, respectivamente, em 48 h. Estes dados estão de acordo com os resultados de atividade biológica no estímulo da formação óssea, sendo o composto 6 inativo. Este estudo sugere a necessidade de metabolização lenta da ligação éster para que haja a liberação do 17β-estradiol 34 . Outros dois BFs conjugados com 17β-estradiol, 9 e 10 (Figura 7), foram também relatados por Page et al 35,36 , onde a porção bifosfônica foi colocada nas posições 3 ou 17 deste fármaco, porém, seu efeito biológico não foi demonstrado.…”

Strategic for Treatment of Bone Metastases from Breast Cancer

“…There is evidence to suggest that both estrogen and bisphosphonates can have direct effects on osteoblasts and osteoclasts (13)(14)(15). There are examples of bisphosphonates covalently linked to estrogens and anti-estrogens (16,17). The anti-estrogen, tamoxifen and selective estrogen response modifiers protect against osteoclast mediated bone resorption (18,19).…”