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ThesisCopyright
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2040-01-01
Sustainable Development Goals
14 Vida na águaCollections
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OTIMIZAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMALÁRICA DE ANÁLOGOS SINTÉTICOS DE ALCALÓIDES 3-ALQUILPIRIDÍNICOS UTILIZANDO UMA ABORDAGEM TEÓRICA E EXPERIMENTAL
Malária
Quimioterapia antimalárica
Alcaloides 3-alquilpiridínicos
Malaria
Antiplasmodial activity
3-alkylpyridine marine alkaloid analogs
Guimarães, Daniel Silqueira Martins | Date Issued:
2019
Co-advisor
Comittee Member
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brasil.
Abstract in Portuguese
Mais de três bilhões de pessoas vivem em áreas de risco de transmissão de malária. O desenvolvimento de novos compostos com ação antimalárica é uma necessidade urgente para combater a doença e diminuir a emergência de cepas resistentes de Plasmodium falciparum ao tratamento atual. Sem uma vacina eficaz, o controle da malaria é feito pela eliminação do mosquito vetor, o diagnóstico rápido e o tratamento dos pacientes acometidos. Nesse contexto, novas classes de compostos vêm sendo estudadas para o desenvolvimento de novos antimaláricos. Alcaloides 3-alquilpiridínicos (3-APA) são compostos sintéticos, análogos à Teoneladina C (natural, isolada de esponjas marinhas). Esses compostos possuem um anel piridínico e uma cadeia alquila na posição 3. As novas moleculas foram sintetizadas para a avaliação antimalárica devido às atividades biológicas já descritas para o alcaloide natural. Dos sete alcaloides inicialmente testados, o mais seletivo para P. falciparum (composto 5c, IC50=14,7μM IS=6,7) foi utilizado para posteriores otimizações e uma nova série de compostos foi sintetizadas, baseadas em estudos de modelagem molecular, que avaliaram a interação dos mesmos com a molécula de hematina. De maneira interessante, o composto 7 (com um átomo de flúor no final da cadeia alquila) apresentou IC50 (2,5μM) aproximadamente seis vezes menor que seu precursor com uma hidroxila na mesma posição (14,7μM). Esse composto foi mutagênico apenas em concentrações maiores que o dobro do IC50. Já o composto 3 (com a troca do anel tiazol no lugar do piridínico) apresentou atividade antiplasmodial quase 10 vezes maior (IC50 1,55μM) e a seletividade passou de 6,7 para 74,7 contra uma linhagem celular não tumoral. Dessa forma, o desenvolvimento e a otimização foram focados neste composto com anel tiazolínico. Esse novo composto não foi considerado mutagênico e o teste de genotoxicidade mostrou que apenas em concentrações mais de quatro vezes o IC50 houveram quebras no DNA. Composto 3 foi avaliado in vivo contra Plasmodium berghei cepa NK65. Houve redução de cerca de 65% da parasitemia no quinto dia avaliado na concentração de 50mg/Kg. Abordagens in silico apontaram que esse composto promove interação com a hematina, de maneira análoga à cloroquina. Dessa forma, foi avaliado por microscopia confocal que o mesmo possui a capacidade de alcalinizar o vacúolo digestivo, sugerindo que a atividade antimalárica possa ser análoga à da cloroquina, impedindo a formação do cristal inerte hemozoína. Foi avaliada também a penetração (uptake) do composto 3 em células intestinais Caco-2. Interessantemente, não houve diferença estatística quando comparado com o uptake para o antimalárico padrão cloroquina. Outras modificações foram feitas, tanto no anel quanto na cadeia alquila, e, de maneira interessante, alguns compostos possuem seletividade para linhagens tumorais, sendo considerados promissores candidatos ao desenvolvimento de compostos para o tratamento de câncer. Com essas otimizações, podemos concluir que o composto 3 é um potente candidato a antimalárico, com características de atividade antimalárica (in vitro e in vivo) e seletividade dentro dos parâmetros recomendados na literatura e, além disso, com modo de ação elucidado.
Abstract
than three billion people live in risk areas of malaria transmission. Development of new compounds with antimalarial activity is an urgent need to fight the disease and diminish the emergence of resistant Plasmodium falciparum strains to current treatment. Without an efficacious vaccine, malaria control is done by mosquito elimination, fast diagnosis and the treatment of patients. In this context, new classes of compounds have been studied to the development of new antimalarials. 3-alkylpyridine alkaloids (3-APA) are synthetic compounds, analog to Teoneladin C (natural, isolated from marine sponges). These compounds have a pyridine ring and a alkyl chain at position 3. The new molecules were synthesized for the evaluation of antimalarial activity because of the biological activities described for the natural alkaloid. From the seven alkaloids initially tested, the most selective for P. falciparum (compound 5c, IC50=14.7μM IS=6.7) was used for later optimizations and a new series of compounds were synthesized, based on molecular modeling studies evaluating the interaction with hematin. Interestingly, compound 7 (fluorated) shows IC50 (2.5μM) approximately six times lower than its precursor (14.7μM). This molecule was mutagenic only at concentrations more than twice its IC50. Compound 3 (with the thiazole ring instead of pyridine) showed antimalarial activity almost ten times higher (IC50= 1.55μM) and the selectivity index went from 6.7 to 74.7 against a noncancerous cell line. So, the development and optimization were now focused on this thiazole compound. It was considered non mutagenic and the genotoxic assay showed that only at a concentration four-times higher the IC50 there was DNA breaks detection. Compound 3 was evaluated in vivo against NK65 strain of Plasmodium berghei. There was about 65% of parasitemia reduction at the fifth day evaluated at a concentration of 50mg/Kg. In silico approaches pointed out that this compound interacts with hematin, just like chloroquine does. So that, confocal microscopy showed that this compound is able to promote alkalinization of the food vacuole, suggesting that the antimalarial activity could be analog to chloroquine’s, impairing hemozoin crystal formation. It was also evaluated the uptake of compound 3 in intestine cell line Caco-2. Interestingly, there were no statistical differences when compared to the uptake for the standard antimalarial chloroquine. Other modifications were made, as for the ring or the alkyl chain and, interestingly, some compounds have selectivity to cancer cells, so that are considered promisor candidates to the development of compounds for cancer treatment. With these optimizations, we can conclude that compound 3 is a potent antimalarial candidate, with characteristics of antimalarial activity (in vitro and in vivo) and selectivity within parameters recommended in the literature and, moreover, mode of action elucidated.
Keywords in Portuguese
Plasmodium falciparumMalária
Quimioterapia antimalárica
Alcaloides 3-alquilpiridínicos
Keywords
Plasmodium falciparumMalaria
Antiplasmodial activity
3-alkylpyridine marine alkaloid analogs
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