Beta-blockers and cancer treatment: applications and environmental effects

Abstract

Pharmaceuticals are of considerable importance for human life from birth to old age. As aging occurs, the need for pharmaceuticals to improve life quality and control chronic diseases often increases. Additionally, certain diseases like cancer have been increasingly affecting humans reinforcing the relevance of pharmaceuticals to improve life quality and longevity, despite their potential pernicious effect at high doses. The increased consumption of pharmaceuticals promotes its environmental release. Parent compounds or their metabolites are excreted and released into the sewage systems. Industrial, medical facilities, and domestic effluents are the primary sources that lead to the presence of pharmaceuticals in the aquatic environment as sewage system treatments are still ineffective in the removal of most of these biologically active substances. Thus, these compounds can be found in aquatic ecosystems resulting in continuous exposure of aquatic organisms. Cancer is one of the leading causes of death worldwide. Several approaches used to treat cancer also affect normal cells and, thus, there is a need for more effective treatments that decrease the toxicity to normal cells and increase the success rates of treatment. The use of beta-blockers in cancer has been studied for their antagonist action on the adrenergic system. Besides regulating processes such as blood pressure, heart rate, and airway strength or reactivity, beta-blockers block mechanisms that trigger tumorigenesis, angiogenesis, and tumor metastasis. Propranolol, one of the most prescribed beta-blockers, has a high consumption and a low removal rate in the wastewater treatments plants that have been reflected in its increased environmental levels where it may cause sub-lethal effects in non-target organisms. The aim of this dissertation was to study the role of beta-blockers in general, and propranolol in particular, in cancer treatment and its effects on non-target organisms. The review of the available literature revealed that propranolol might be used as a complement for the treatment of several types of cancer due to its ability to improve cancer outcomes by decreasing cancer cell proliferation rates. Nonetheless, additional in vitro studies should be performed to fully understand the protective role of beta-blockers in cancer patients. Once in the aquatic environment, this class of drugs can cause pernicious effects to biota. Propranolol, for example, has been reported to affect a wide range of organisms from microalgae to fish. Available data demonstrates that propranolol affects molecular, biochemical, and physiological processes that may result in behavior, reproduction, and developmental alterations. The collected information also revealed the need to perform long-term studies, as well as studies with combined exposure with other contaminants present in the aquatic environment, to allow understanding of effects through a more environmentally relevant perspective, as organisms are exposed in the environment to propranolol and other contaminants throughout their lives. Nonetheless, there are no available studies addressing this approach, with most research assessing effects after short-term exposures to a single contaminant.

Os fármacos são de considerável importância para a vida humana desde a nascença até à terceira idade. Com o envelhecimento, a necessidade dos fármacos para melhorar a qualidade de vida e controlar doenças crónicas frequentemente aumenta. Além disso, certas doenças como o cancro têm afetado cada vez mais humanos, reforçando a relevância dos fármacos para melhorar a qualidade de vida e a longevidade, apesar dos seus potenciais efeitos adversos a doses elevadas. O consumo aumentado de fármacos promove a sua libertação ambiental. Compostos parentais ou os seus metabolitos são excretados e libertados nos sistemas de esgotos. A indústria, as instituições médicas e os efluentes domésticos e são as principais fontes que introduzem fármacos no ambiente aquático, uma vez que o tratamento dos sistemas de esgotos continua ineficaz na remoção da maioria destas substâncias biologicamente ativas. Assim, estes compostos podem ser encontrados nos ecossistemas aquáticos, resultando numa exposição contínua dos organismos aquáticos. O cancro é uma das principais causas de morte a nível mundial. Muitas abordagens usadas para tratar o cancro também afetam células saudáveis. São necessários tratamentos mais eficazes para diminuir a toxicidade das células normais e melhorar as taxas de sucesso dos tratamentos. O uso de beta-bloqueadores no cancro tem sido alvo de estudo pela sua ação antagonista no sistema adrenérgico. Além de regular processos como a pressão arterial, frequência cardíaca e força ou reatividade das vias aéreas, os beta-bloqueadores bloqueiam mecanismos que desencadeiam tumorigénese, angiogénese e a metastização. O propranolol, um dos beta-bloqueadores mais prescritos, tem uma elevada taxa de consumo e uma baixa taxa de remoção nas estações de tratamento de águas residuais que se têm refletido no aumento dos seus níveis ambientais, onde podem causar efeitos sub-letais em organismos não-alvo. O objetivo desta dissertação foi estudar o papel dos beta-bloqueadores em geral, e do propranolol em particular, no tratamento do cancro e os seus efeitos em organismos não-alvo. A revisão da literatura disponível revelou que o propranolol pode ser usado como complemento no tratamento de diversos tipos de cancro devido à sua capacidade de melhorar os resultados através da diminuição das taxas de proliferação das células cancerígenas. Contudo, devem ser realizados testes in vitro adicionais de modo a permitir a compreensão da proteção dos beta-bloqueadores em doentes oncológicos. No ambiente aquático, esta classe de medicamentos pode causar efeitos deletérios na biota. O propranolol, por exemplo, tem afetado uma grande variedade de organismos desde microalgas a peixe. Os dados disponíveis demonstram que o propranolol afeta processos moleculares, bioquímicos e fisiológicos que podem resultar em alterações em termos de comportamento, reprodução e desenvolvimento. A informação recolhida revela ainda a necessidade de desenvolver estudos a longo prazo, bem como estudos com exposição de combinações com outros contaminantes presentes no ambiente aquático, para permitir a compreensão dos efeitos através de uma perspetiva ambientalmente mais relevante, uma vez que os organismos estão expostos no ambiente a propranolol e outros contaminantes durante as suas vidas. No entanto, não estão disponíveis estudos nesta abordagem. Os estudos existentes são referentes a investigação que avalia efeitos após exposições a curto-prazo a um único contaminante.