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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.9.2017.tde-21122016-115223
Documento
Autor
Nome completo
Fanny Palace Berl
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Tavares, Leoberto Costa (Presidente)
Colli, Walter
Ferreira, Márcia Miguel Castro
Lindoso, José Angelo Lauletta
Título em português
Planejamento de fármacos anti-T. cruzi: Síntese de compostos nitrofurânicos, avaliação da atividade biológica in vitro e estudos de relações estrutura-atividade
Palavras-chave em português
Amastigota
Nitro-compostos
QSAR multivariado
Quimiometria
Tripanotiona redutase
Trypanosoma cruzi
Resumo em português
A doença de Chagas afeta cerca de 6 a 7 millhões de pessoas no mundo, principalmente América Latina. A busca de alternativas terapêuticas para esta enfermidade tem grande relevância para a sociedade, já que as opções atuais são limitadas, sendo disponível apenas o benznidazol (BZD) e nifurtimox. Os derivados nitroheterocíclicos são considerados compostos bioativos com número crescente de estudos na comunidade científica contra seu agente etiológico, o Trypanosoma cruzi. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo a identificação de derivados do 5-nitrofurano com atividade frente a diferentes cepas do T. cruzi, assim como estudar possíveis modo de ação desta classe de compostos. Esta investigação envolve estudos computacionais com o propósito de construir modelos quantitativos de relações estrutura-atividade (QSAR multivariado) que possam auxiliar na previsão de novas estruturas com perfil farmacológico otimizado. No presente trabalho foram realizadas as etapas de planejamento, síntese e identificação de 36 compostos com resultados satisfatórios quanto à identificação estrutural, pureza e rendimento, que foi da ordem de 70%. A determinação da atividade anti-T. cruzi in vitro dos compostos obtidos foi realizada frente às cepas Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 cl10 e Colombiana na forma epimastigota do parasito. A maioria dos compostos analisados apresentou maior capacidade de inibição de crescimento do parasito, comparado ao BZD: Silvio X10 cl1 - IC50 = 29,16 ±2,90 µM, Y - IC50 = 40,40 ±3,37µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 30,63 ±3,21 µM, Colombiana - IC50 = 47,91 ±4,96 µM. O composto mais ativo (BSF-35) apresentou os seguintes valores: Silvio X10 cl1 - IC50 = 3,17 ±0,32 µM, Y - IC50 = 1,17 ±0,12 µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 1,81 ±0,18 µM e Colombiana - IC50 = 3,06 ±0,23 µM. Foram realizados cálculos de propriedades moleculares das estruturas tridimensionais dos compostos, seguido pela análise exploratória de dados por análise de agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise de componentes principais (PCA), possibilitando o reconhecimento de padrões do conjunto. Considerando esta análise prévia, foram obtidos modelos QSAR com abordagem multivariada, aplicando algorítmo OPS e método de regressão por quadrados mínimos parciais, PLS. Os melhores modelos gerados foram obtidos considerando os compostos benzenos substituídos para as quatro cepas estudadas. Os descritores que mais influenciaram na análise foram o ClogP (coeficiente de partição) e cargas CHELPG. Considerando as informações obtidas, foram planejados e sintetizados quatro novos compostos com objetivo de obter compostos mais ativos e validar os modelos QSAR. Estes compostos apresentaram alta atividade frente a forma epimastigota das quatro cepas estudadas. Os compostos mais ativos foram avaliados quanto a citotoxicidade frente células LLC-MK2 e apresentaram seletividade até 25 vezes superior ao BZD. Estudos in vitro frente a forma amastigota da cepa Y em células U2OS foram realizados com metodologia fenotípica de análise de alto conteúdo (HCA') e os compostos apresentaram atividade até 64 vezes superior ao BZD e com seletividade de até 50 vezes superior a este fármaco. Quanto à determinação da atividade dos compostos frente às enzimas tripanotiona redutase (TcTR) e glutationa redutase (GR), os compostos analisados não apresentaram atividade relevante, indicando não ser este o mecanismo desta classe de compostos. Com finalidade de explorar outro possível mecanismo de ação dos compostos 5-nitrofurânicos, foi realizada a análise de potencial de redução da membrana mitocondrial, porém a morte parasitária não foi atribuída à despolarização da membrana em estudos simultâneos com iodeto de propídio.
Título em inglês
Design of anti-T. cruzi compounds: Synthesis of 5-nitrofuran derivatives, in vitro biological activity and study of structure-activity relationships
Palavras-chave em inglês
Amastigote
Chemometrics
Nitro compounds
QSAR multivariate
Trypanosoma cruzi
Trypanothione reductase
Resumo em inglês
Chagas disease affects approximately 6-7 millions people worldwide, especially Latin America. The search for therapeutic alternatives for this disease is of great relevance to society, as current options are limited and there are only two available drugs: benznidazole (BZD) and nifurtimox. The nitroheterocyclic derivatives are considered bioactive compounds with increasing number of studies in the scientific community against its etiologic agent, Trypanosoma cruzi. In this sense, this work aims to identify derivatives of 5-nitrofuran with activity against different strains of T. cruzi, and to study possible mode of action of this compounds. This research involves computational studies to obtain models of quantitative structure-activity relationships (QSAR multivariate) that can help predict new structures with optimized pharmacological profile. In this work were carried out the design, synthesis and identification of 36 compounds with satisfactory results regarding the structural identification, purity and yield (approximately 70%). The determination of anti-T. cruzi activity in vitro of the compounds obtained was carried out with Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 CL10 and Colombiana strains of epimastigote form of the parasite. Most of the compounds examined showed greater capacity of growth inhibition of the parasite compared to the BZD (Silvio X10 CL1 - IC 50 = 29.16 ± 2.90 µM, Y - IC50 = 40.40 ± 3,37µM, 2149 CL10 Bug - IC 50 = 30.63 ± 3.21 µM, Colombiana - IC 50 = 47.91 ± 4.96 µM). The most active compound (BSF-35) showed the following values: Silvio X10 cl1 - IC 50 = 3.17 ± 0.32 uM, Y - IC 50 = 1.17 ± 0.12 µM, Bug 2149 CL10 - IC50 = 1, 81 ± 0.18 µM and Colombiana - IC 50 = 3.06 ± 0.23 µM. Calculations were performed for the molecular properties of three-dimensional structures of the compounds, followed by exploratory data analysis by hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA), allowing the recognition of the set. Considering this preliminary analysis were obtained QSAR models with multivariate approach, using OPS algorithm and regression method of partial least squares, PLS. The best generated models were obtained considering the benzyl substituted compounds for the four strains. The descriptors that most influenced the analysis were ClogP (partition coefficient) and CHELPG charges. Considering the information obtained, four new compounds were designed and synthesized to obtain more active compounds and validate QSAR models. These compounds showed high activity against epimastigote form of the four strains studied. The most active compounds were evaluated for cytotoxicity against LLC-MK2 cells and the compounds selectivity values were up to 25 times higher than BZD. In vitro studies against amastigote form of the Y strain in U2OS cells were performed with phenotypic method of high content analysis (HCA') and the compounds showed activity to 64 times higher than BZD and selectivity of up to 50 times. The activity of the compounds against trypanothione reductase enzymes (TcTR) and glutathione reductase (GR) showed no significant activity, indicating that this is not the mechanism of this class of compounds. In order to exploit another possible mechanism of action of 5-nitrofuran derivatives, analysis reduction of mitochondrial membrane potential was held, however the cell death was not attributed to membrane depolarization in simultaneous studies with propidium iodide.
 
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Data de Publicação
2017-03-09
 
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