Badania wykazały, że substytucja w pozycjach 7, 9, 10 i 11 może mieć pozytywny wpływ na aktywność CPT i właściwości fizyczne, np. siłę działania i stabilność metaboliczną. Powiększenie pierścienia laktonowego o jedną jednostkę CH
2 również zwiększa jego możliwości, jak w przypadku homokamptotecyny. Substytucja w pozycji 12 i 14 prowadzi do nieaktywnej pochodnej.
Modyfikacja pierścienia A i BEdit
Substytucja alkilowaEdit
Substytucja alkilowa w pozycji 7 wykazuje zwiększoną cytotoksyczność, np. etylowa (C2H5) lub chlorometylowa (CH2Cl). Grupy te są w stanie reagować z DNA w obecności topoizomerazy I, co prowadzi do większej aktywności nowotworowej. Wykazano również, że zwiększenie długości łańcucha węglowego (w pozycji 7) prowadzi do zwiększenia lipofilności, a co za tym idzie większej siły działania i stabilności w ludzkim osoczu.Innymi 7-modyfikowanymi analogami CPT są silatecany i karenitecyny. Są one silnymi inhibitorami topoizomerazy I i oba mają grupy alkilosililowe w pozycji 7, co czyni je lipofilnymi i bardziej stabilnymi. Silatecany lub 7-silylokampotecyny wykazują zmniejszone interakcje lek-HSA, co przyczynia się do ich stabilności we krwi i mogą one również przekraczać barierę krew-mózg. DB-67 jest pochodną 10-hydroksy i należy do najbardziej aktywnych silatekanów. BNP1350, należący do serii karenitecyn, wykazuje aktywność cytotoksyczną i zdolność do pokonywania lekooporności. Jeszcze inną drogą nadania lipofilowości CPT jest wprowadzenie lipofilowych podstawników, takich jak podstawniki iminometylowe lub oksyiminometylowe. Jednym z najsilniejszych związków jest oksyiminometylowa pochodna ST1481, która ma tę zaletę, że pokonuje lekooporność spowodowaną przez systemy transportowe. Podstawowy azot w łańcuchu węglowym w pozycji 7 sprawia, że związek jest bardziej hydrofilowy, a tym samym bardziej rozpuszczalny w wodzie. Na przykład, jest pochodną o nazwie CKD-602, który jest silnym inhibitorem topoizomerazy I i skutecznie przezwycięża słabą rozpuszczalność w wodzie i toksyczność postrzegane z CPT.
Considerably większa aktywność może być osiągnięty przez umieszczenie elektronu-wycofania grup, takich jak amino, nitro, bromo lub chloro w pozycji 9 i 10 i grupy hydroksylowej w pozycji 10 lub 11. Związki te są jednak stosunkowo mało rozpuszczalne w roztworach wodnych, co powoduje trudności w podawaniu. Grupa metoksy w pozycji 10 i 11 jednocześnie prowadzi do braku aktywności.
Heksacykliczne analogi CPTEdit
Heksacykliczne analogi CPT wykazały dużą siłę działania. Na przykład, methylenedioxy lub ethylenedioxy grupy połączone między 10 i 11 tworzą 5 lub 6 członowy pierścień, który prowadzi do bardziej rozpuszczalnych w wodzie pochodnych i zwiększonej siły działania. Badania wykazały, że analogi etylenodioksy są mniej silne niż metylenodioksy. Przyczyną są niekorzystne interakcje steryczne analogów etylenodioksych z enzymem.
Dodanie grupy aminowej lub chloro w 9 pozycji lub grupy chlorometylowej w 7 pozycji do tych 10, 11-metylenodioksych lub etylenodioksych analogów daje związki o jeszcze większej cytotoksyczności, ale słabszej rozpuszczalności w wodzie. Aby otrzymać analogi 10, 11-metylenodioksyjne lub etylenodioksyjne o dobrej rozpuszczalności w wodzie, dobrym sposobem jest wprowadzenie podstawnika rozpuszczającego wodę w pozycji 7. Lurtotecan spełnia te wymagania; jest to analog 10, 11-etylenodioksylowy z 4-metylopiperazyno-metylenem w pozycji 7 i wykazał dużą siłę działania w badaniach klinicznych.
Pierścień może być również utworzony pomiędzy pozycją 7 i 9, jak pozycja 10 i 11. To daje nowe możliwości do wykonania rozpuszczalnych w wodzie pochodnych. Te heksacykliczne CPT stają się bardziej aktywne, gdy grupy odbierające elektrony są umieszczone w pozycji 11 i grupy metylowe lub aminowe w pozycji 10. Exatecan jest przykładem heksacyklicznego CPT, który ma 6-członowy pierścień w pozycjach 7 i 9, i jest 10-metylowy, 11-fluoro podstawiony. Jest rozpuszczalny w wodzie i silniejszy niż topotecan.
Modyfikacja pierścieni C i DEdit
Pierścienie C i D odgrywają istotną rolę w aktywności przeciwnowotworowej. Zastąpienie ich w dowolnej pozycji powoduje, że w innych testach cytotoksyczności związek jest znacznie mniej silny niż związek macierzysty.
Modyfikacje pierścienia EEdit
Pierścień E nie pozwala na wiele zmian strukturalnych bez utraty aktywności CPT, ponieważ jest niezbędny do wiązania się z miejscem aktywnym TOP I. Jednym z możliwych zamienników jest zmiana grupy hydroksylowej na Cl, F lub Br, ponieważ ich polaryzowalność jest wystarczająca do stabilizacji kompleksu enzymatycznego.
Inną możliwą modyfikacją jest wstawienie metylenu pomiędzy hydroksyl i lakton na pierścieniu E-, co daje siedmioczłonową grupę β-hydroksylaktonową, tak zwaną homokamptotecynę (hCPT). Hydroksyl w hCPT ma mniejszy wpływ indukcyjny na grupę karboksylową, co sprawia, że lakton jest bardzo reaktywny. Dzięki temu wolna grupa hydroksylowa optymalnie oddziałuje z topoizomerazą I, a tworzące się w jej obecności kompleksy kowalencyjne są bardziej stabilne. Pierścień E w hCPT otwiera się wolniej, a otwarcie jest nieodwracalne. hCPT wykazują zwiększoną stabilność w ludzkim osoczu ze względu na zmniejszone wiązanie z białkami i większe powinowactwo do czerwonych krwinek niż CPT.