Σύνθεση και φαρμακοχημική μελέτη νέων ετεροκυκλικών ενώσεων με πιθανή δράση κατά της φλεγμονής και των σερινοπρωτεασών: εφαρμογή της μεθοδολογίας QSAR

Abstract

In this Study we attempted to synthesize new compounds which are likely to act against the inflammation procedure and the factors which mediate the inflammation procedure. The new compounds were synthesized in order to act as trypsin and thrombin inhibitors, anti-inflammatory agents and nitric oxide donors, with anti-oxidant activity. In order to synthesize these new compounds, we also studied bibliographic data, mainly data regarding compounds which act as edema inhibitors. The above data were analyzed and studied using the C-QSAR program (Biobyte). We synthesized 17 new compounds, from which 2 were synthesized through a different method than that mentioned in literature. The coumarin ring was chosen as the basic ring, because of its biological significance, as it is widely known that coumarins present anti-inflammatory and antioxidant activity. They are also very good serine protease inhibitors. The indolyl-ring has also been combined with anti-inflammatory activity. New compounds were designed and synthesized, containing a) an L-arginin moiety, which is known to work as a substrate for the Nitric Oxide Synthase (NOS), leading finally to the production of NO, b) nitro-esters and c) nitrones. Another group of compounds which were synthesized are the acrylic acids and their corresponding hydroxamic acids. The structures of all the new compounds have been verified by their elemental analysis and their spectroscopic data IR, 1H-NMR, 13C-NMR and MS. All of the compounds were studied in vitro for their ability to a) interact with the stable radical DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) and therefore to present reducing activity, b) compete with DMSO for hydroxyl radicals, c) inhibit lipid peroxidation by using the heme protein-dependent protocol and the AAPH protocol, d) release NO in the presence of a thiol cofactor , e) inhibit soybean lipoxygenase, f) scavenge superoxide radicals, g) inhibit trypsin and thrombin and in vivo for their anti-inflammatory activity using the carrageenan induced rat paw edema. Comparing the in vitro results, compound 4 was chosen to be studied in vivo for its effects a) on blood coagulation time (PT and PTT), b) on the levels of cholesterol (HDL and LDL) and triglycerides. The results indicate that compound 4, increases HDL and decreases LDL in the treated animals. From the above it can be concluded that the hypo-lipidemic, antioxidant and anti-inflammatory activities of this compound support its anti-atheromatic activity. Based on the in vivo and in vitro results, we attempted to correlate the biological activities with their physicochemical characteristics. A number of Quantitative Structural Activity Relationships were derived, which were correlated and compared with the corresponding relationships retrieved from the literature. The derived conclusions will hopefully help us to design and synthesize better pharmaceutical compounds.

Στην παρούσα διατριβή έγινε μία προσπάθεια σύνθεσης νέων ενώσεων οι οποίες να δρουν κατά της διαδικασίας της φλεγμονής και των εμπλεκόμενων παραγόντων. Οι ενώσεις αυτές συντέθηκαν με στόχο να έχουν δράση ανασταλτική κατά της θρυψίνης και της θρομβίνης, καθώς επίσης και να αποτελούν πιθανούς δότες ριζών μονοξειδίου του αζώτου με αντιοξειδωτική δράση. Η προσπάθεια για σύνθεση νέων ενώσεων βασίστηκε και σε επεξεργασία δεδομένων από τη βιβλιογραφία, τα οποία αφορούν ενώσεις αναστολείς του οιδήματος που προκαλείται σε πειραματόζωα, μετά από χορήγηση καραγεννίνης. Η επεξεργασία των δεδομένων έγινε με τη βοήθεια του προγράμματος C-QSAR της Biobyte. Συντέθηκαν συνολικά 17 νέες τελικές ενώσεις, από τις οποίες οι 15 είναι πρωτότυπες, ενώ οι 2 συντέθηκαν με μέθοδο διαφορετική από αυτή που αναφέρεται στη βιβλιογραφία. Ως βασικός δομικός λίθος επιλέχθηκε ο κουμαρινικός δακτύλιος, λόγω της μεγάλης βιολογικής σημασίας του αλλά και άλλοι ετεροκυκλικοί δακτύλιοι όπως ο ινδολικός, θεαζολικός, θειοφαινικός και πυριδινικός. Συντέθηκαν και μελετήθηκαν νέες ενώσεις που επιπλέον περιέχουν α) τμήμα L-αργινίνης, η οποία ως γνωστόν αποτελεί υπόστρωμα για τη συνθετάση του μονοξειδίου του αζώτου (NOS) οδηγώντας σε παραγωγή ΝΟ, β) νιτροεστέρες αλλά και γ) νιτρόνες. Μία ακόμη κατηγορία ενώσεων που συντέθηκαν ήταν ακρυλικά οξέα και τα αντίστοιχα υδροξαμικά οξέα. Οι δομές όλων των νέων ενώσεων που παρασκευάστηκαν επιβεβαιώθηκαν με τις στοιχειακές αναλύσεις και τα φασματοσκοπικά δεδομένα IR, 1H-NMR, 13C-NMR και MS. Οι ενώσεις που συντέθηκαν μελετήθηκαν in vitro ως προς την ικανότητά: α) να αλληλεπιδρούν με την ελεύθερη ρίζα DPPH, β) να ανταγωνίζονται το DMSO στη δέσμευση ελευθέρων ριζών ΟΗ, γ) να αναστέλλουν το ένζυμο λιποξυγονάση, δ) να αναστέλλουν τη λιπιδική υπεροξείδωση, ε) να δεσμέυουν ρίζες υπεροξειδικού ανιόντος, στ) να αναστέλλουν τη θρυψίνη και τη θρομβίνη, ζ) να απελευθερώνουν ΝΟ και in vivo ως προς την ικανότητά τους να αναστέλλουν το οίδημα που προκαλείται σε πειραματόζωα μετά από ενδοδερμική χορήγηση του φλογιστικού καραγεννίνη. Εκτιμώντας τα in vitro αποτελέσματα, από τις ενώσεις μας, επιλέχθηκε η 4 για να μελετηθεί in vivo ως προς την ικανότητά της να επηρεάζει το χρόνο πήξης του αίματος (χρόνος PT και PTT) και ως προς τα επίπεδα χοληστερίνης (HDL και LDL) και τριγλυκεριδίων, για την οποία βελτιώνεται η σχέση της HDL/LDL (αύξηση της HDL, μείωση της LDL) στα ζώα που υπέστησαν αγωγή σε σύγκριση με τους μάρτυρες και μειώνονται τα συνολικά λιπίδια. Η ύπαρξη υπολιπιδαιμικής, αντιοξειδωτικής και ταυτόχρονα αντιφλεγμονώδους δράσης στην ένωση 4, συνηγορούν υπέρ της πιθανής αντιαθηρωματικής δράσης. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις in vivo και in vitro δοκιμασίες, έγινε προσπάθεια για συσχέτιση των βιολογικών δράσεων με τις φυσικοχημικές ιδιότητες. Οι ποσοτικές σχέσεις που προέκυψαν συσχετίσθηκαν και συγκρίθηκαν με αντίστοιχες σχέσεις που αναφέρονται στη βιβλιογραφία, με σκοπό να καταλήξουμε σε συμπεράσματα τα οποία θα αξιοποιηθούν με σκοπό τη σύνθεση καλύτερων φαρμακευτικών μορίων.